Programación
del riego mediante tensiómetros en el cultivo de frijol (Phaseolus vulgaris L.)
(Original)
Irrigation scheduling using tensiometer in dry
bean crop (Phaseolus vulgaris L.) (Original)
Yarisbel Gómez Masjuan. Ingeniero Agrónomo. Máster
en Ciencias Agrícolas. Profesor Auxiliar. Universidad de Granma.
Bayamo. Cuba. ygomezm@udg.co.cu (MAR)_archivos/image002.gif){kind=small}
Norge Tornés Olivera. Ingeniero Agrónomo. Doctor
en Ciencias Técnicas Agropecuarias. Profesor Titular.
Universidad de Granma. Bayamo. Cuba.
ntorneso@udg.co.cu
Arnaldo Manuel Guerrero Aleaga.
Ingeniero Agrónomo. Máster en Ciencias Agrícolas. Profesor Asistente.
Universidad de Granma. Bayamo. Cuba.
aguerreroa@udg.co.cu
Recibido:
11-12-2023/Aceptado: 18-01-2024
Resumen
La
investigación se desarrolló entre los meses de noviembre de 2020 a marzo de
2021. El área de la investigación pertenece a la Unidad Básica de Producción
Cooperativa Grito de Yara de la Empresa Agropecuaria Paquito Rosales, de
Granma, Cuba, ubicada a los 20° 25' 02'' de Latitud N y a los 76° 53' 27'' de
Longitud O. El objetivo del artículo es elaborar un diagrama de manejo y
operación del riego con máquinas de pivote central, en el cultivo de frijol,
considerando la tensión matricial. El
experimento se desarrolló sobre un suelo Fluvisol. Se estudió la variedad de
frijol común Buenaventura. La fecha de siembra fue el 10 de noviembre 2020. La
programación del riego, se realizó mediante el método de la tensión hídrica del
suelo (tensiómetros). Los riegos se aplicaron cuando los tensiómetros de la
primera capa (0-15 cm) marcaron la tensión matricial definida (-30+(-5) cbar).
En las condiciones del ensayo, las medidas de la tensión matricial del suelo a
0.30 m de profundidad constituyen un buen indicador de la disponibilidad de
agua del suelo y, por lo tanto, se considera una herramienta eficaz para la
monitorización del riego en el cultivo de frijol. La diferencia encontrada en
cuanto a la utilidad de las medidas tensiométricas a 15 cm y 30 cm, indica la
importancia de elegir las láminas adecuadas de riego y del conocimiento del
patrón de absorción de agua, como elementos básicos para el correcto manejo del
riego.
Palabras
clave: humedad del suelo;
tensión matricial; lámina de riego; diagrama de manejo de riego.
Abstract
The research was developed from November 2020 to March 2021. The research area belongs to the Basic Unit of Cooperative Production Grito de Yara of the Agricultural Enterprise Paquito Rosales, Granma, Cuba, located at 20° 25' 02'' N Latitude and 76° 53' 27'' W Longitude. The objective of the article is to elaborate a diagram of irrigation management and operation with center pivot machines, in the cultivation of beans, considering the matrix tension. The experiment was developed on a Fluvisol soil. The common bean variety Buenaventura was studied. The planting date was November 10, 2020. Irrigation scheduling was carried out using the soil water tension method (tensiometers). Irrigation was applied when the tensiometers of the first layer (0-15 cm) marked the defined matrix tension (-30+(-5) cbar). Under the trial conditions, soil matrix tension measurements at 0.30 m depth are a good indicator of soil water availability and, therefore, are considered an effective tool for irrigation monitoring in the bean crop. The difference found in the usefulness of tensiometric measurements at 15 cm and 30 cm, indicates the importance of choosing the appropriate irrigation sheets and the knowledge of the water absorption pattern, as basic elements for the correct irrigation management.Keywords: soil moisture; matrix tension; irrigation lamina; irrigation management diagram.
Introducción
La
programación del riego constituye una de las principales actividades que el
técnico de riego debe atender. Para ello, deberá tener toda la información
sobre las necesidades hídricas de los cultivos, las propiedades hidrofísicas de
los suelos, condiciones climáticas del lugar y las particularidades de la
tecnología de riego disponible (Bonet, 2019). Para el manejo apropiado del
riego con máquinas de pivote central, se requiere de la evaluación por parte
del agricultor de las necesidades de riego de cada cultivo, en base a varios
parámetros físicos del suelo. Algunos productores utilizan equipos sofisticados
mientras que otros se basan en métodos empíricos, cualquiera que sea el método
usado, cada uno tiene sus propios méritos.
En
la programación de riego, la tendencia es a que actúen menos factores
subjetivos y se logre mayor eficiencia en el manejo del agua (Aziz et al., 2022; Sundaram
et al., 2022).
Por esta razón, para determinar el momento idóneo del riego, conviene utilizar
algún método que apoye la decisión de regar y debe considerarse que, la humedad
del suelo se expresa en uno de los dos modos siguientes: 1) por la cantidad de
agua que él contiene o 2) por la tensión con que el agua está retenida (ψm).
El primer modo de expresión es necesario
cuando se trabaja en el balance de ganancias y pérdidas de agua; mientras que
el segundo permite conocer el movimiento y la disponibilidad del agua para las
plantas.
Para
establecer la relación entre la tensión hídrica y la humedad en el suelo, se
utilizan las curvas de retención de humedad que reflejan la capacidad del suelo
para retener agua en función de la succión (Núñez et al., 2020); dicha relación
depende de los factores relacionados con la porosidad del suelo. Entre otros
factores que pueden influir en la retención del agua, se destaca la textura,
tipo de arcillas, la materia orgánica y la estructura.
La
respuesta de las plantas a la humedad
parece estar más relacionada con el trabajo requerido para extraer una
unidad de agua (tensión) que con cualquier otro factor aislado (Bahadur &
Singh, 2021).
Durante les últimas dos décadas, en Cuba se ha realizado un notable esfuerzo en
la determinación de los requerimientos de agua por el cultivo de frijol y el
límite de humedad del suelo, al que es necesario aplicar el riego considerando
el contenido de humedad o la tensión del suelo (González et al., 2016; Tornés
et al., 2016; González et al., 2017; González et al., 2019; Duarte et al.,
2021; Rodríguez et al., 2021); sin embargo, la programación del riego
utilizando tensiómetros en el cultivo de frijol
es una práctica poco utilizada en Cuba, por la complejidad que presenta
establecer las relaciones entre tensión-humedad-operación de las máquinas de
pivote central, sobre todo para productores no especializados en la ingeniería
de riego.
El
objetivo del artículo es elaborar un diagrama de manejo y operación del riego
con máquinas de pivote central, en el cultivo de frijol, considerando la
tensión matricial
Materiales y métodos
Localización del ensayo experimental.
La investigación se desarrolló entre los meses de noviembre de 2020 a marzo
de 2021. El área de la investigación pertenece a la Unidad Básica de Producción
Cooperativa (UBPC) Grito de
Yara de la Empresa Agropecuaria Paquito Rosales de Granma, Cuba, la cual se
encuentra ubicada a los 200
25' 02'' de Latitud N y a los 760 53' 27'' de Longitud O, con una
altura de 6 m.s.n.m.
Metodología de
campo
El experimento se desarrolló
sobre un suelo Fluvisol (Hernández et al., 2015), con
un contenido de materia orgánica menor de 2%. Las principales propiedades
hidrofísicas del suelo son las siguientes: textura franca arcillosa, densidad
aparente de 1,36 g cm-3, capacidad de campo (CC) y punto de
marchitez permanente (PMP) de 0,38 y 0,18 cm3 cm-3,
respectivamente, para 0 a 30 cm, agua disponible 0.2 m m-1. Se estudió la
variedad de frijol común Buenaventura, la cual tiene un rendimiento potencial
de 2,99 t ha-1, el hábito de crecimiento es determinado (Tipo II),
el ciclo es de 79 d. La fecha de siembra fue el 10 de noviembre. Se utilizó un
marco de siembra de 0,05 m entre plantas y 0,45 m entre hileras. El área se regó con
una máquina de pivote central marca Bayatusa 2000, con una longitud de 350 m.
La programación del riego se
realizó mediante el método de la tensión hídrica del suelo (tensiómetros), para
lo cual seleccionaron dos estaciones de medida al 15% y el 85% de la longitud
del lateral en el cuadrante seleccionado (I). En cada estación se instalaron
dos tensiómetros, uno a la profundidad de 0.15 m y el otro a 0.3 m, lo cual
aseguró la validez de las lecturas. Los riegos se
aplicaron cuando los tensiómetros de la primera capa (0-15 cm) marcaron la
tensión matricial definida (-30+(-5) cbar).
Cálculos de las curvas de
humedad y de las láminas de riego
En
una fase previa se construyó la curva tensión-humedad volumétrica del suelo, para lo cual se realizaron
lecturas de los tensiómetros diariamente, entre las 10:00 y 11:00 am, hasta
alcanzar el valor de -80 cbar. La humedad volumétrica se midió,
simultáneamente, con el sensor de humedad marca TP-SR-1, el cual trabaja
acoplado a un registrador de datos de la serie TZS y tiene una precisión de
medición de ± 3%.
La lámina neta de reposición
se calculó según la siguiente expresión propuesta por los autores:
(MAR)_archivos/image004.gif)
(1)
Donde: LN es la lámina neta
de reposición, mm; Pr la profundidad a humedecer de las raíces (0.2
m), m; CC el contenido de humedad a la capacidad de campo, % del volumen de
suelo; H30, el contenido de humedad a la tensión de -30 cbar, % del
volumen de suelo.
Para el cálculo de la lámina bruta se consideró una
eficiencia del sistema de riego de 85%:
(MAR)_archivos/image006.gif)
Donde Lb
lámina bruta de reposición, mm.
Para
la elaboración del diagrama de operación y manejo del riego en función de ψm,
se utilizó el Informe de Porcentaje Cronométrico que brinda el fabricante
del sistema (Western).
Análisis
y discusión de los resultados
La
succión matriz es una función del contenido hídrico y la representación gráfica
de esta relación origina las curvas características
de humedad. El suelo estudiado tiene una curva (trayectoria de vaciado) de
retención hídrica suave, gradual, sin inflexiones (figura1). Este
comportamiento se debe, fundamentalmente, a dos factores: a) la distribución
del tamaño de los poros y b) los efectos osmóticos de la doble capa difusa
coloidal.
Se
observa que existe un primer tramo de la curva donde la pendiente es horizontal
y se mantiene hasta, aproximadamente, una tensión de -10 cbar, en que se inicia
una transición de humedad; en este tramo, el agua se encuentra en forma
continua. Se observa también que existe
un segundo tramo, donde se produce una reducción de la pendiente con el aumento
de la tensión y se encuentra en el rango de -10 a -30 cbar. El contenido de
humedad correspondiente a -30 cbar es de 0.3 cm3 cm-3 y
representa el 38% del agua disponible.
Finalmente,
existe un tercer tramo de baja pendiente, en donde se producen cambios en la
succión, sin presentar cambios apreciables en el contenido de humedad, hasta
llegar a un valor de succión de -80 cbar; por ejemplo, para una variación de
-50 a -80 cbar, el contenido de humedad del suelo varía entre 0.29 y 0.27 cm3 cm-3, y
representa el 5% de reducción en el contenido de humedad del suelo. En este
tramo, el agua es fuertemente adsorbida y retenida en los poros por enlaces de
tipo molecular. González et al. (2016), tomando los valores de la curva tensión
humedad, según el modelo de Van Genuchten, reportaron resultados similares al
encontrar que el contenido de humedad a -30 cbar, en un suelo Fluvisol, fue de
0.34 cm3 cm-3.
Las
mediciones de los tensiómetros son útiles para decidir cuándo regar, porque
brindan indicaciones continuas del contenido de humedad en el suelo. Sin
embargo, no indican cuánta agua debe aplicarse. De ahí la importancia de la
relación tensión-humedad-lámina de reposición. Para el suelo estudiado, se
definieron cuatro zonas para el manejo del riego (flechas dobles azules), en
función de la relación tensión-humedad-lámina de reposición. La
interpretación de las lecturas es la siguiente:
De 0 a -10 cbar, el suelo está a la capacidad de
campo o muy cercano, estos valores son normales si se considera un periodo de
un día o dos después de un riego; de -10 a -30 cbar, indican que la humedad está a disposición de
la planta con un esfuerzo mínimo y el contenido de humedad representa el 79% de
la capacidad de campo; en este rango se considera no regar; de -30 a –50 cbar,
en esta gama de lecturas está asegurada una buena oxigenación de las raíces, se
recomienda realizar los riegos en este rango; de -50 a -80 cbar, rango de
estrés por sequía fisiológica, se pude afectar la expansión foliar e, incluso,
producirse el cierre estomático de las hojas.
Los
análisis anteriores permiten definir las láminas netas de reposición para
cualquier rango estudiado. Se destacan las comprendidas entre -30 y -50 cbar
(flechas dobles rojas); para tensiones de -30 y -50 cbar, corresponden láminas
netas de reposición de 15 y 18 mm, respectivamente. Se deduce, además, que la
curva que describe las necesidades de riego, es inversamente proporcional a la
que describe el contenido hídrico, ambos en función de la tensión matricial. El
modelo de mejor ajuste fue un polinomio de grado cinco: Ln = -0.0005ψm
5 + 0.025 ψm 4 - 0.4504 ψm
3 + 3.4219 ψm 2 - 7.8496ψm
+ 4.844, con R² = 0.99.
Figura 1. Relación
entre la tensión de humedad, humedad volumétrica y Ln(MAR)_archivos/image008.gif)
Fuente:
Elaboración propia.
Conocer
la influencia de la humedad del suelo sobre la tensión permite valorar su efecto en el rendimiento.
La
figura 2 muestra la curva típica de retención de humedad, como porcentaje del
agua fácilmente disponible (AFD). La forma de la curva define las tensiones de
retención del agua en el suelo y la cantidad de energía que las raíces deben
superar. Se deduce que, cuando se ha consumido, aproximadamente, el 65% del
AFD, el suelo tiene una tensión de -30 cbar, y se corresponde con una fracción
de agotamiento de 0.3.
Figura 2. Influencia
del agua fácilmente disponible sobre la tensión de humedad
(MAR)_archivos/image010.gif)
Fuente:
Elaboración propia.
Para la
programación del riego, es necesario identificar el nivel más bajo de contenido
hídrico (umbral crítico), antes de regar, el cual permite satisfacer la
evapotranspiración máxima dl cultivo (ETmáx). Se trata del límite inferior de
humedad disponible, debajo del cual, la respuesta productiva del cultivo se
aleja de la óptima y el rendimiento disminuye respecto al máximo. Por tanto, a
partir del análisis realizado, y conociendo que -50 cbar se definió como el
estado energético límite para riego (flechas dobles rojas) se puede afirmar
que, el umbral crítico se alcanza cuando el cultivo consume, aproximadamente,
el 90% AFD, y se corresponde con una fracción de agotamiento de 0.45.
Los
valores críticos son diferentes para tipos de suelos específicos, cultivos y
etapas de desarrollo. En las etapas críticas de crecimiento del cultivo, se
utilizan valores bajos que resultan en una mayor frecuencia de riego. Los
valores críticos también son función de las consideraciones económicas. El
cultivo de frijol es sensible al estrés hídrico y se recomiendan fracciones de
agotamiento inferiores a 0.45, para suelos con características similares al de
esta investigación, con el objetivo de no afectar el rendimiento agrícola (Raes
et al., 2022).
González
et al. (2019), estudiando la variación del rendimiento, lámina de riego y el
porcentaje de inhibición de la expansión foliar
para diferentes porcentajes de agua fácilmente aprovechable en cultivo
de frijol, en un suelo Ferralítico, encontraron que para 0% de consumo del AFD, el rendimiento
fue de 2.64 t ha-1 y para
100% de consumo AFD, el rendimiento fue de 1.96 t ha-1,
es decir, se produjo una reducción del 25%. Los investigadores
anteriormente citados comprobaron, además, que cuando se mantiene el límite de
la humedad del suelo entre el 0% y el 50% de AFD, no hay reducciones
significativas del rendimiento
El
cultivo de frijol tiene una primera fase, desde la germinación hasta
prefloración, en la que los excesos de humedad son decisivamente perjudiciales
(Raes et al., 2022). En esta fase, para un suelo de textura franco-limoso,
lecturas de – 50 a -60 cbar, medidas con tensiómetros de 15 cm, pueden marcar
el momento de efectuar el riego. Posteriormente, durante el período
floración-formación de las vainas, se regará al llegar al intervalo -35 a -40
cbar y en la fase de llenado de las vainas en tensiones de -20 a -30 cbar,
ambas con tensiómetros de 30 cm.
La
tensión matricial también se relaciona con la lámina bruta de reposición (LBR)
y, con la configuración del temporizador porcentual (Ct) de la máquina de
pivote central (figura 3). Para el rango
de riego definido entre -30 y -50 cbar, deben aplicarse láminas brutas entre 18
y 21 mm (flechas dobles rojas), respectivamente.
Para
aplicar estas láminas (18 y 21 mm), las configuraciones del temporizador
porcentual son 26 y 22 % (flechas dobles verdes), respectivamente. Se puede
observar que, ψm está relacionada de
forma inversa con LBR, es decir, a menor tensión, mayor lámina bruta; Sin
embargo, ψm está relacionada con Ct de forma directa, aunque no proporcional, ya que para el
rango de tensiones de -50 a -80 cbar corresponde un
rango de configuración de 19 a 22%. Es
decir, una variación de -30 cbar produce una
variación de configuración del 3%.
El
diagrama propuesto tiene un valor práctico importante ya que resulta una
herramienta simple, que puede ser utilizada por ingenieros, técnicos y
productores, para la definición operacional del riego en el cultivo de frijol,
sobre todo, cuándo y cuánto regar y qué velocidad de trabajo requiere la
máquina, a partir de la configuración de temporizador porcentual.
Figura 3. Diagrama de
operación y manejo del riego en función de ψm
(MAR)_archivos/image012.gif)
Fuente:
Elaboración propia.
En
la figura 4, se muestran las curvas de retención de humedad a dos
profundidades, en la zona radicular del cultivo de frijol de acuerdo con la
tensión definida con un margen de +5. Las caídas de las tensiones corresponden
al incremento de humedad después de un riego o por precipitaciones. Los
intervalos de riego fueron variables, entre 3 y 6 días y se aplicaron un total
de 15 riegos como promedio. Por la
variación de tensión de humedad entre riegos, se puede observar que las
extracciones se producen, fundamentalmente, en la capa superficial registrada
por los tensiómetros colocados de 0-15 cm, existiendo alguna extracción en la
profundidad de 15-30 cm, para lo cual el trazado de tensión presenta una
pequeña variación.
Por
tanto, la tensión matricial de la zona del perfil de 0-15 cm de profundidad es
el factor que define la influencia del suelo en el estado hídrico de la planta.
La zona situada a 15-30 cm no participa en la alimentación hídrica del cultivo
en la proporción que lo hace la de 0-15 cm y, por tanto, su influencia en el
grado de hidratación de la planta no resulta significativa. Estos resultados
ponen de manifiesto que el agua aplicada en exceso percola más allá de la zona
explorada por las raíces y no es consumida por el cultivo.
(MAR)_archivos/image014.gif)
Figura
4. Variación de la tensión de humedad del suelo durante el ciclo del cultivo
Fuente: Elaboración propia.
Se
reporta que los cultivares de frijol con hábito de crecimiento de tipo II,
desarrollan un sistema radicular poco profundo en la zona de estudio y, al
analizar el patrón de extracción de humedad para una profundidad de 0.3 m, se
comprobó que en el primer cuarto se concentró entre el 80% de las raíces,
mientras que en el segundo el 12%, en el tercero el 5% y en el último, el 3%; es
decir, en los primeros 15 cm se concentró el 90% de las raíces.
Conclusiones
1. En
las condiciones del ensayo, las medidas de la tensión matricial del suelo a
0.30 m de profundidad constituyen un buen indicador de la disponibilidad de
agua del suelo y, por lo tanto, se considera una herramienta eficaz para la
monitorización del riego en el cultivo de frijol.
2. La
diferencia encontrada en cuanto a la utilidad de las medidas tensiométricas a
15 cm y 30 cm indica la importancia de
gelegir las láminas adecuadas de riego y del conocimiento del patrón de
absorción de agua, como elementos básicos para el correcto manejo del riego.
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