uso consuntivo y demanda de agua
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Demanda de agua para el cultivo
de las plantas
3.1 Generalidades
Como en cualquier organismo viviente, en la planta se producen una serie de fenómenos durante su crecimiento y su total desarrollo. Estos fenómenos son principalmente: la respiración, la transpiración y la alimentación, que pro-ducen cambios en el medio exterior circundante a las plan-tas. La planta en su proceso vital inicialmente respira absor-biendo el oxígeno y arroja el gas carbónico produciendo así el primer cambio en la atmósfera, luego el segundo fenó-meno constituye la principal fuente de alimentación de la planta a base del carbono.
3.1 Generalidades
En la transpiración la planta evapora agua de los tallos y de las hojas, que se encuentran en contacto con la atmósfe-ra, el calor que se produce es una parte importante de este fenómeno. La sudación es la pérdida de agua, que se produce desde las hojas por una fuerte presión existente dentro de la plan-ta y que al salir el agua se evapora inmediatamente, este fe-nómeno no es muy importante. Como es conocido la planta no encuentra en la atmósfera todos los elementos para su desarrollo, sino que lo consigue por medio de los vellos de sus raíces, las cuales absorben del suelo los elementos nutrientes disueltos por el agua mediante el fenómeno llamado ósmosis.
3.1 Generalidades
La sustancia que lleva los nutrientes se llama savia bruta y recorre los tallos mediante la respiración, luego esta savia mediante la clorofila se convierte en savia elaborada para lograr el desarrollo normal de su corteza con la producción de almidones, azúcares y materias grasas.
3.2 La Evapotranspiración
Las prácticas de riego en el Perú no han cambiado al no modificarse los procedimientos de los agricultores para fi-jar la fecha de inicio de sus riegos y continuar fijo el calen-dario agrícola sin tener en cuenta las variaciones climáticas que se producen anualmente. Es en razón a las deficiencias anteriores que se hace ne-cesario emplear las modernas técnicas basadas en el Uso Consuntivo o Evapotranspiración.
3.2 La Evapotranspiración
Se define Evapotranspiración al agua empleada por las plantas en su transpiración, para el agua evaporada desde el suelo cercano a la planta como parte del agua necesaria para acumular en sus tejidos los nutrientes en forma de so-luciones y suspensiones. Para comprender los métodos a aplicar definiremos al-gunos conceptos:
Capacidad de Campo: es el contenido de humedad en un suelo expresado en %, después de un riego pesado (24 a 28 horas después del riego). Conforme se va humedeciendo el suelo, el agua va ocupando sus poros hasta llegar a la sa-turación o capacidad de campo, cuyos valores dependen de la altura del suelo como se muestra en el cuadro siguiente:
3.2 La Evapotranspiración
Cuadro Capacidad de Campo
Textura % de humedad
Arena 5 a 15
Migajones arenosos 10 a 20
Suelos francos 15 a 30
Migajones arcillosos 25 a 35
Arcilla 30 a 70
Porcentaje de Marchitamiento: es el contenido de humedad de un suelo, cuando la planta se marchita permanentemente.
Sus valores promedios se muestran en el cuadro siguiente:
Cuadro Porcentaje de Marchitamiento
Textura % de humedad
Arena 3 a 6
Migajones arenosos 6 a 12
Suelos francos 8 a 17
Migajones arcillosos 13 a 20
Arcilla 17 a 40
3.2 La Evapotranspiración
3.2 La Evapotranspiración
Uso consuntivo: es la cantidad de agua pura consumida sin recuperación por las plantas en su desarrollo y madura-ción de sus frutos, es decir:
donde: At : agua para la transpiración Ae: agua para la evaporación y An: agua para la nutrición
Uso consuntivo: es la cantidad de agua pura consumida sin recuperación por las plantas en su desarrollo y madura-ción de sus frutos, es decir:
3.2 La Evapotranspiración
Se utiliza el término Evapotranspiración para resaltar, que el agua consumida en la evaporación y en la transpiración representa el 99% del consumo total del agua; para una mejor comprensión definiremos los conceptos siguientes : Evaporación: es el fenómeno mediante el cual el agua retenida por las hojas y el que existe en la superficie del suelo se evapora. Transpiración: es el proceso por el cual el vapor de agua se desprende de las plantas vivas, principalmente de las hojas y pasa a la atmósfera. Humedad Aprovechable: es la diferencia entre la capacidad de campo y el porcentaje de marchitamiento permanente.
3.3 Factores que intervienen en el Uso Consuntivo.
En el desarrollo vegetativo de las plantas intervienen numerosos factores, por lo que para facilitar su comprensión los reduciremos a los siguientes factores: pedológicos, agrológicos, climáticos e hidrológicos. Factores Pedológicos: son los relativos a los suelos donde se cultivan las plantas, los mismos que difieren en textura, estructura, capacidad de retención del agua, salinidad y profundidad de la napa freática; todas estas características del suelo influyen en el uso consuntivo. Factores Agrológicos: en lo referente a las plantas se puede indicar que influyen la especie, la variedad, el desarrollo vegetativo e incluso la variedad de semilla; dado que las plantas difieren en el tipo de raíces, tallos y hojas. Factores Climáticos: el clima es importante para determinar el uso consuntivo da do que sus variaciones dependen principalmente de los factores que se detallan a continuación.
3.3 Factores que intervienen en el Uso Consuntivo.
Precipitación : el aprovechamiento por la planta del agua de la lluvia dependerá de las características de la misma: como son su intensidad, y el tiempo en el cual cae. Temperatura : es el que más influye en el uso consuntivo dado que es importante en la evaporación como en la transpiración de las plantas. Humedad : la evaporación y transpiración de las plantas aumenta cuando es baja la humedad y disminuye en caso contrario. Luminosidad: como consecuencia del movimiento de la tierra alrededor del sol la radiación solar varia con la latitud, siendo importante su influencia. Viento : la evaporación del agua es más intensa cuando hay circulación de aire ó cuando los vientos son secos y cálidos y disminuye en caso contrario. Factores Hidrológicos : la disponibilidad de agua, las prácticas de riego y la eficiencia de aplicación de agua tienen influencia en el Uso Consuntivo.
3.4 Coeficientes Unitarios de Riego.
Generalmente el campesino peruano tanto en la costa como en la sierra utiliza el agua en forma empírica, procurando regar con el mayor volumen de agua posible, razón por la cual ciertas áreas se han salinisado y ha disminuido la capacidad de su uso agrícola. En la costa peruana hay una escasez muy grande de agua, por lo que es necesario optimizar su uso, con ese objeto la Universidad Agraria desde el año 1950 viene efectuando demostraciones de planeamiento de riego con el empleo de los métodos de la evapotranspiración, mediante el estudio de suelos, el clima y diversos cultivos. La ex Corporación Peruana del Santa aplicó la fórmula de Thornthwalte (que estima la evapotranspiración en base a la temperatura media mensual y la insolación para diferentes latitudes), en el cálculo de las dotaciones de riego del proyecto de irrigación de Chao, Virú, Moche y Chicama.
3.4 Coeficientes Unitarios de Riego.
Finalmente se define el coeficiente unitario de riego como el gasto que requiere una hectárea de determinado cultivo y se utiliza para cuantificar la capacidad de un canal de acuerdo al área que domina.
3.5 Métodos empleados para el cálculo de la Evapotranspiración.
El campesino todavía no ha desarrollado técnicas modernas para hacer más eficiente el riego de sus campos, debido a la falta de información relativa a los principios científicos en los cuales se basa el uso consuntivo como son : el clima, suelos y demanda de agua de los diversos cultivos. Estudios recientes relativos a los métodos y prácticas de riego superficial para fijar el momento y cantidad de agua por aplicar no han cambiado significativamente desde la época incaica. Entre los diferentes métodos modernos empleados nos referimos a los llamados directos e indirectos.
3.6 Métodos Directos
Mediante estos métodos se determinan las dotaciones de riego y se efectúa la planeación de los riegos con pruebas efectuadas directamente en el campo y en el laboratorio. Se realiza la investigación teniendo en cuenta los turnos, derechos de riego, y variedad de semillas. Pennan analizó la posibilidad de establecer el momento del riego utilizando los datos climáticos, dado que la mayoría de las veces la programación de los riegos se basa en la experiencia del agricultor o en la costumbre campesina. Los intentos de relacionar el clima, precipitaciones y desarrollo de los cultivos pareciera un evento de azar, por que se ha tratado de determinarlo mediante la experimentación de campo tal como indicaremos a continuación:
3.6 Métodos Directos
Parcela o Granja Experimental: en una granja o parcela experimental se acondiciona cada campo con un sistema de control del gasto de agua al ingreso y a la salida de tal manera de conocer con exactitud el volumen de agua realmente aprovechado por las plantas; la experimentación se ejecuta con una variedad de semillas y volúmenes diferentes de riegos, como variando la periodicidad de los mismos. Una vez recolectados los frutos son evaluadas las cosechas en cuanto a su rendimiento para luego recomendar el empleo de las mejores. Esta experimentación se ha efectuado con buenos resultados en la granja experimental de Olmos que tiene aproximadamente más de veinte años de estudio. El costo de la granja experimental resulta bastante alto. Lisímetros: los lisímetros son tanques instalados en la zona del proyecto de riego con objeto de efectuar la experimentación del uso consuntivo.
3.6 Métodos Directos
Con este propósito se realizan excavaciones de pozos de 1.5 a 2 metros de diámetro, y de profundidades de tres a cuatro metros, el pozo se protege para que no se derrumbe con planchas metálicas y a unos 0.50 m. del fondo se instala una plancha agujereada, y también se instala una tubería de succión de agua acoplada a una bomba que tiene un equipo de medición de gastos y en la parte exterior del pozo se instala otra tubería con un medidor apropiado para medir el ingreso de agua. Una vez efectuadas las referidas instalaciones se procede a rellenar el pozo con los suelos extraídos, teniendo la precaución de efectuar la restitución de los mismos en la misma secuencia que se encontraban en su estado natural. La experimentación se realiza en cada pozo para un determinado cultivo considerando variedad de semillas, diferentes volúmenes de agua en los riegos, periodicidad y diversos abonamientos etc.
3.6 Métodos Directos
Una vez conseguida las cosechas se evalúan y comparan para seleccionar las más convenientes. Control de humedad del Suelo : El método consiste en tomar muestras de los suelos en diferentes partes de las parcelas y a profundidades que varían de 30 en 30 centímetros; hasta una profundidad de 1.20 metros. Las muestras se extraen antes y después de los riegos para conocer los porcentajes de humedad de los suelos. Un riego eficiente implica un control permanente de la humedad aprovechable. Tal control significa conocer el tipo de suelos donde se efectúa la experimentación. La eficiencia de riego tiene la fórmula siguiente:
Ea=
3.6 Métodos Directos
donde: Ea : eficiencia de aplicación. Ap: agua aplicada en mm. Es : escorrentía en mm. Pp : percolación profunda en mm.
3.7 Métodos Indirectos
En los años 60 se inició en el Perú la aplicación de fórmulas para la estimación de la evapotranspiración potencial destacando entre estas la aplicación de las fórmulas de Thornthwalte y la de Blaney y Criddle. Estos ingenieros iniciaron sus investigaciones en los Estados Unidos, Mexico y Colombia. En el Perú fue aplicada la fórmula de Thornthwalte en el proyecto de la irrigación de Chao, Virú, Moche y Chicama; mientras el Ministerio de Agricultura en diversos proyectos empleó la fórmula de Blaney y Criddle. Con posterioridad la ONERN viene aplicando la fórmula de J.E. Christiansen en el inventario, Evaluación y Uso de los Recursos Naturales de los diferentes valles.
3.7 Métodos Indirectos
En 1953 el francés L. Turc propuso su fórmula para el cálculo de la evapotranspiración, la cual fue muy empleada en Europa y luego en el Africa, esta fórmula tiene en cuenta la radiación global y la temperatura media mensual. Pennan teniendo en cuenta el principio de conservación de la energía propuso una fórmula en función de la velocidad del viento, la radiación global, la gradiente de la tensión del vapor de agua y la temperatura media del aire. Se aplicó principalmente en Francia. A continuación indicaremos los métodos de Blaney y Criddle y el de J. E. Christiansen, que son los más empleados últimamente en nuestro medio.
3.8 Método de Blaney y Criddle
La fórmula empírica fue desarrollada inicialmente por Blaney y Morín en estudios efectuados en el río Pecos y en Arizona en los Estados Unidos y luego ha sido simplificada y modificada con la ayuda de Criddle. La fórmula de Blaney y Criddle se expresa : donde:
U, Uso consuntivo para todo el ciclo en cm. Kc , Coeficiente empírico de uso consuntivo para cada cultivo, en el ciclo o en el periodo de crecimiento. F , Suma de los factores mensuales de uso consuntivo para el ciclo. Pp : percolación profunda en mm. El factor de uso consuntivo mensual viene dado por la fórmula siguiente :
f = (p) x ( )
3.8 Método de Blaney y Criddle
donde:
p = porcentaje de horas de luz mensual. t = temperatura media mensual en ºC. En el caso de zonas áridas el coeficiente F se debe corregir por el factor siguiente : Kt = (0.03114) ( t + 0.2396) Para el cálculo del uso consuntivo consideraremos el mismo coeficiente empírico para todo el ciclo o periodo vegetativo del respectivo cultivo, sin embargo el coeficiente de desarrollo varia de acuerdo al ciclo vegetativo de la planta. En la figura Nº 10, se muestra la variación del coeficiente de Desarrollo del cultivo del Sorgo en porciento de su ciclo vegetativo y en la Figura Nº 11, para el cultivo del algodón. Según Blaney y Criddle Kc de uso consuntivo para todo el ciclo son los que se muestran en el Cuadro Nº 6. En los cuadros Nºs 7 y 8 se dan los porcentajes de horas de sol diarias en la Latitud Sur y en la Latitud Norte respectivamente, para su aplicación en la fórmula de Blaney y Criddle.
3.8 Método de Blaney y Criddle
Los valores más pequeños son para zonas húmedas y los valores mayores para zonas áridas.
3.8 Método de Blaney y Criddle
3.8 Método de Blaney y Criddle
3.8 Método de Blaney y Criddle
3.9 Método de Christiansen
La Oficina Nacional de Evaluación de los Recursos Naturales ONERN viene empelando en los estudios de los diferentes valles la formula de J.E. Christiansen basados en estudios efectuados por el autor con la colaboración de H. Hargreaves; su expresión es la siguiente: Donde : Rt : radiación extraterrestre que alcanza la atmósfera de la tierra. Ver cuadro Nº 9. CTT = 0.463 + 0.425 ( ) + 0.112 ( )²
Etp = 0.324 x Rt x CTT X CHT X CST X CR.
O O
3.9 Método de Christiansen
Donde : T es la temperatura en ºC y TO = 20ºC. CWT = 0.672 + 0.406 ( ) – 0.078 ( )² O O Donde : W es la velocidad del viento a 2 metros de altura en km/hora y WO = 6.7 km/hora. CHT =1.035 + 0.240 ( ) – 0.275 ( )² Donde : H es la humedad relativa media expresada en decimales y HO = 0.60
CST = 0.340 + 0.856 ( ) - 0.196 ( )²
O O
O O
3.9 Método de Christiansen
Donde : S es el porcentaje medio de luz solar expresado en decimales y SO=0.80 CE = 0.970 + 0.030 ( ) O
Donde : E es la elevación sobre el nivel del mar y EO = 305 m. Para hallar la evapotranspiración real (Eta)Christiansen aplica a la fórmula: E = K + E Siendo K el factor de cultivos, que es variable con el tipo de cultivo y con el periodo de crecimiento. Ver cuadro Nº 10. El factor Rt o radiación extraterrestre es un parámetro que depende de la ubicación geográfica.
ta c tp
c
3.9 Método de Christiansen
3.9 Método de Christiansen
3.9 Método de Christiansen
(*) Estos valores multiplicados por 1.25 podrán ser usados con la Evapotranspira-ción polecial estimada por la fórmula de Christiansen.
3.9 Método de Christiansen
Estudios comparativos realizados con diferentes fórmulas han permitido concluir, que la fórmula que relaciona los diferentes factores climáticos (temperatura, humedad, viento y luz solar) es la más conveniente porque ofrece una mejor correlación. Como ejemplo se muestra los resultados de la aplicación de los dos métodos anteriores para calcular las dotaciones de riego del valle de Ica.
3.9 Método de Christiansen
3.10 Eficiencia de Riego
Según el Ingeniero Carlos Vidalón profesor de la Universidad Agraria la eficiencia de riego en los valles costeros considerando la eficiencia de riego de la conducción, eficiencia parcelaria y la de aplicación tiene los valores siguientes : CUADRO Nº 12 Eficiencia de Riego Cultivo Eficiencia Alfalfa 0.65 Arroz 0.25 Algodón 0.50 Caña de Azúcar 0.55 Maíz 0.55 a 0.65 Frutales 0.70 Varios 0.50 a 0.60
3.10 Eficiencia de Riego
La Dirección de Proyectos de Irrigación de México indica que la eficiencia de riego en un distrito depende principalmente de los dos factores siguientes: a. La eficiencia de conducción, que depende del sistema de canales
empleado y de la conservación y manejo de los mismos. b. La eficiencia parcelaria, que depende directamente del agricultor, de la
asistencia técnica y de la nivelación de la parcela. Recomienda considerar las siguientes eficiencias: Para Canales en Tierra : Eficiencia parcelaria 70 % Eficiencia de conducción 70 % Eficiencia total 49 % Para Canales de Mampostería Eficiencia parcelaria 70 % Eficiencia conducción 75 % Eficiencia total 52.5 %
3.10 Eficiencia de Riego
Para Canales de Concreto : Eficiencia parcelaria 70 % Eficiencia de conducción 85 % Eficiencia total 59.5 % En la costa peruana ONERN ha establecido en base a sus estudios las eficiencias siguientes : Eficiencia de conducción 77 % Eficiencia de aplicación 56 % Eficiencia total 43 % De los estudios efectuados se puede concluir que ONERN estima que la eficiencia de riego en el Perú es menor que en México.
3.11 Cédula de Cultivos
La cédula de cultivos viene siendo la relación o tabla de cultivos po-sibles de un valle de acuerdo a sus condiciones de clima, suelos y experiencia de los campesinos .
La cédula de cultivos está conformada por cultivos : a. Permanentes : son los que tienen un periodo vegetativo mayor
de un año tales como la caña de azúcar, los pastos y frutales. b. Temporales o anuales aquellos que tienen un ciclo vegetativo
de algunos meses o máximo un año, como el maíz, el algodón , el arroz, las legumbres y los cereales.
3.12 Calendario de Siembras y Cosechas
La oficina sectorial de Estadística del Ministerio de Agri-cultura con el objeto que el agricultor conozca las épocas de siembras y cosechas de cultivos de una región publica a-nualmente el boletín titulado “Calendario de siembras y co-sechas de cultivos programados a nivel nacional”. Este documento es una herramienta fundamental en la toma de decisiones sobre la actividad agrícola, empezando por la planificación de las siembras hasta la distribución y comercialización de la producción agrícola. En el Perú existen más de ochenta cultivos anuales o transitorios y más de cincuenta cultivos permanentes o pe-rennes.
La época de siembra de cultivos transitorios está contro-lada por las condiciones agrometeorológicas y por la dispo-nibilidad del recurso agua. Los periodos de cosechas no sólo están determinadas por las características genéticas del cultivo y del comporta-miento del recurso clima y/o agua durante el período vege-tativo sino también por el mismo agricultor que decide ejecutar sus cosechas en función del mercado.
3.12 Calendario de Siembras y Cosechas
3.13 Dotaciones de Riego
La dotación de riego o demandas de agua de los cultivos viene dada por las siguiente fórmula: Se llama Demanda Unitaria la demanda para cada hectá-rea de un cultivo determinado.
3.13 Dotaciones de Riego
Con la determinación de las dotaciones de riego de un conjunto de cultivos se puede calcular la dotación máxima en un mes determinado del año y teniendo en cuenta el nú-mero de horas de riego es posible calcular la capacidad del canal. Generalmente en la costa peruana es posible regar la 24 horas mientras que en la sierra sólo 10 horas.