La toma de decisiones sobre la gestión del riego es una parte esencial de las buenas prácticas de gestión de cualquier cultivo y a menudo desempeña un papel vital en la optimización de la productividad y la rentabilidad. La programación inadecuada del riego se traduce en el desperdicio o la infrautilización de los recursos hídricos a través del riego insuficiente o excesivo, y las prácticas de riego más precisas implican la aplicación de la cantidad adecuada de agua en el momento oportuno.

Los productores y los especialistas en riego cuentan actualmente con muchos recursos de información, incluyendo registros históricos del agua, redes de estaciones meteorológicas regionales o propias que nos permitan tomar decisiones que se adecuen a nuestro cultivo y estimaciones de la demanda meteorológica y de agua mediante telemetría.

En este artículo veremos las ventajas e inconvenientes del sistema de programación del riego más frecuente usado por agricultores, el cual se basa principalmente en la evapotranspiración de referencia (ET0). A su vez hacemos una comparativa con sistemas más modernos y precisos usando sensores de humedad de suelo con telemetría.

La gestión del riego se realiza a menudo sobre la base de un balance hídrico del suelo (Figura 1). El proceso en el que el agua se transfiere a la atmósfera desde las hojas y desde la superficie del suelo se denomina evapotranspiración (ET) que es la combinación de la evaporación del suelo y la transpiración de la planta. Las plantas absorben agua en el proceso de transpiración. El agua se transfiere a la atmósfera, desde la superficie de sus hojas; cuanto mayor es la superficie de las hojas, más grande resulta la tasa de absorción y transferencia de agua a la atmósfera.

Método de Evapotranspiración de Referencia (ET0)

La evapotranspiración de referencia (ET0) se define como la evapotranspiración de la hierba común gramíneas o en algunos casos de la alfalfa (ETr). Estos datos del ETo son normalmente suministrados por estaciones meteorológicas regionales. La mayoría de estas estaciones calculan el ETo usando el método de FAO Penman-Monteith (Allen, 1998). Este método se basa en los datos climáticos de temperatura, humedad relativa, presión y radiación solar, para calcular una serie de métricas muy complejas que proporcionan una cantidad determinada de evapotranspiración de referencia ETo. En algunas estaciones regionales también se estima el ETo utilizando una bandeja de evaporación estándar o con el uso de lisímetros que miden la velocidad de evaporación del agua.

Una vez que se obtiene el ETo, La evapotranspiración del cultivo (ETc) se puede calcular. El ETc es, en la mayoría de los casos, menor que el de la ET0 porque la planta no cubre toda la superficie del suelo. Por lo tanto, el ETc para un cultivo específico generalmente aumenta a medida que crece. El ETc se calcula multiplicando el ET0 por un coeficiente de cultivo específico (Kc) (ecuación 1) que corresponde con la fase fenológica o el estado de crecimiento del cultivo, teniendo en cuenta la superficie ocupada por sus hojas y sus necesidades hídricas en la fase de crecimiento específica. Para hacer el cálculo del ETc y determinar la demanda de riego se usa la siguiente ecuación:

ETc = ET0 x Kc (1)

Una vez obtenido el ET0, El coeficiente del cultivo deseado se usa para la obtención de la cantidad de demanda de riego. La siguiente tabla muestra algunos de los coeficientes de cultivos (Kc) con sus respectivas etapas de crecimiento para los cultivos más comunes en La Rioja, España. (Estos índices son promedios, para mayor precisión consultar estudios de variedades específicas de cultivos).

etapas del crecimiento del cultivo

(A)

evapotranspiracion del cultivo

(B)

Tabla 1. Coeficientes de cultivos (Kc) para los cultivos más comunes en La Rioja, España (A). Desarrollo de los coeficientes de los cultivos durante su etapa fenológica.

Uno de los problemas más comunes dentro del mundo de los agricultores es que en muchos casos usan directamente los datos del ETo para reponer la humedad del suelo perdida por la evapotranspiración de la planta, sin tomar en cuenta el coeficiente del cultivo o la etapa del crecimiento del cultivo, ya sea por simplicidad o por no saber cómo incorporar los coeficientes de cultivos específicos. Esto conlleva a cantidades de riego que suelen estar por encima de lo que es necesario para el cultivo.

El método del ETc, a pesar de estar ampliamente difundido, tiene las siguientes desventajas para la programación del riego:

  • Muchos agricultores usan el ETo directamente sin incorporar el coeficiente de cultivo.
  • El uso del ETc no es un riego basado en el estado real de la humedad del suelo y el agua útil para el riego sino es un estimado basado en las condiciones climáticas y características predestinadas de un cultivo que asume que tiene todas las condiciones favorables.
  • Las estaciones regionales donde se recogen muchos datos de meteorología agrícola, incluyendo ETo, son una valiosa fuente de información, pero incluso las estaciones más densas dejan grandes extensiones de tierras sin cobertura lo que limita el uso de datos si se las fincas se encuentran distanciadas de una estación regional.
  • Además, las condiciones locales en las fincas pueden variar significativamente de las del sitio de monitoreo, lo que lleva a algunos agricultores a instalar sus propias estaciones meteorológicas en las fincas.
  • Otro desafío es la necesidad de una superficie homogénea y bien regada con condiciones favorables, que asegure condiciones de superficie y que sean representativas de la ET0 de referencia
  • El Kc real del cultivo va variando en función de la vegetación, por lo cual irá fluctuando poco a poco, esto provoca que coger los valores de referencia servirá para una mejor aproximación pero rara vez coincidirá con el valor real.
  • Por lo tanto, el uso del método del ETo es una estimación y no una medida precisa de la demanda de agua de un cultivo.
grafica textura suelo

Figura 1. Contenidos de agua útil del suelo para diferentes tipos de suelos.

Sensores de humedad del suelo

El siguiente método consiste en hacer el balance entre el contenido de humedad del suelo y la cantidad de agua perdida en el suelo por la transpiración de las hojas de las plantas y por la evaporación de la superficie del suelo.

Este método requiere sensores de humedad de suelo para medir directamente la cantidad de agua que está consumiendo el cultivo. También es necesario tener un conocimiento del tipo de suelo, y su capacidad de retención de agua ya que el suelo es el medio en el que se almacena el agua. La cantidad de agua que puede contener cada tipo de suelo varía debido a que cada suelo tiene una distribución diferente de tamaños de partículas y diferentes tamaños de poros donde suelen rellenarse de aire o agua. Por ejemplo, los suelos arenosos suelen contener menos agua que los suelos arcillosos por su baja capacidad de retención (ver Figura 1).

En función de la textura una cierta cantidad de agua es retenida fuertemente dentro de pequeños poros y no puede ser extraída por la planta. Por lo tanto, el “agua útil” debe tomarse en cuenta para cada tipo de suelo (Figura 1).

El contenido de agua del suelo suele medirse convencionalmente sobre una base gravimétrica (g/kg) o volumétrica (m3/m3). Los sensores de humedad del suelo miden el agua disponible para la planta en función del contenido volumétrico de agua del suelo, cuyo comportamiento se puede observar en la Figura 1. También se puede observar la gran diferencia entre un suelo arenoso y uno arcilloso. Los suelos arenosos tienen una baja capacidad de almacenar agua útil, mientras que un suelo franco limoso tiene una capacidad mucho más alta. En el extremo superior del rango del agua útil en la gráfica tenemos lo que llamamos “la capacidad de campo (CC)” del suelo y se define típicamente como el contenido de humedad dos o tres días después de que ha terminado un evento de lluvia o de riego, en el que el exceso de agua se ha drenado. En el extremo inferior, el punto de marchitamiento permanente (PMP) de un suelo es el valor en el umbral de humedad inferior a partir del cual una planta ya no puede absorber la humedad del suelo que se encuentra en pocas cantidades y fuertemente retenida en el suelo. Estos datos se usan para determinar el agua útil en el suelo y se da como una fracción del volumen del suelo.

La cantidad total de agua disponible para absorción de la planta es el “agua util” (AU) que es la diferencia entre CC y PMP (Figura 1):

AU=CC-PMP

y a menudo se expresa como un porcentaje en volumen (volumen de agua m3/ volumen de muestra de suelo m3). Por ejemplo, un valor de 0,2 m3/m3 significa que cuando el suelo está saturado, la cantidad de agua útil es igual al 20% del volumen del suelo. La “capacidad de retención de agua disponible” (CRAD) se determina multiplicando el AU por la profundidad de la zona de las raíces donde se produce la extracción de agua que muchas veces es la primera capa superficial del suelo, es decir:

CRAD=AU*(profundidad de las raíces)

La disminución del contenido de agua al PMP afecta negativamente la salud y el rendimiento de la planta. Por lo tanto, para fines de riego, una “reducción máxima permisible (RMP)” o fracción del CRAD que representa el “agua disponible (AD)” para la planta, AD es el rango operativo ideal de contenido de agua del suelo para la planificación del riego. El valor de AD se suele estimar dividiendo el AU por la mitad, es decir:

AD=AU*0.5

Algunos valores que se pueden usar para estimar el AU de un determinado tipo de suelo se encuentran en la Tabla 2. Estos valores comprenden el promedio del rango para cada tipo de suelo. Si el tipo de suelo no ha sido analizado en un laboratorio, la textura del suelo se podría estimar mediante la técnica de textura de suelo al tacto (Mery, 1980).

Tabla 2. Porcentajes de humedad en función de la textura del suelo (Adaptada de Saxton y Rawls 2006).

Textura Capacidad de campo (CC) Punto de marchitez Permanente (PPM) Agua útil (AU)
(%VWC) (%VWC) (%VWC)

Arena

10

5

5

Arenoso-Franco

12

5

7

Franco-Arenoso

18

8

10

Franco-Arcillo-Arenoso

27

17

10

Franco

28

14

14

Arcillo-Arenoso

36

25

11

Franco-Limoso

31

11

20

Limo

30

6

24

Franco-Arcilloso

36

22

14

Franco-Arcillo-Limoso

38

22

16

Arcillo-Limoso

41

27

14

Arcilla

42

30

12

Teóricamente, la programación del riego consiste en iniciar el riego a bajos contenidos de agua de suelo, correspondientes al RMP dado, y regar hasta que el agua eliminada haya sido remplazada sin exceder la CC, de lo contrario, ocurriría una pérdida de agua por escorrentía o un drenaje profundo. Este procedimiento se puede conseguir de una forma automatizada por medio de sensores de humedad de suelo usando telemetría en tiempo real. Además, una vez que los sensores de humedad de suelo han sido calibrados con los suelos donde se instalaran, la precisión puede llegar a solo un 2% de error, resultando en índices de humedad de suelo y riego muy exactos.

CONCLUSIONES

Por lo general, la programación del riego la establece la decisión del productor agrícola en la mayoría de los casos, o mediante el uso de un calendario predeterminado de programas de riego basado en las necesidades de agua mediante de datos históricos o los publicados en FAO 56 (Allen, 1998) anteriormente mencionados. Con el fin de establecer una adecuada programación del riego, varios factores son tomados en cuenta, tales como: la capacidad de evapotranspiración del cultivo, las características del tipo de suelo y la distribución o profundidad de las raíces.

Al tener datos de la humedad del suelo en tiempo real, en una red de sensores con telemetría en cada estación, los agricultores se alejan del mundo de la estimación de la evapotranspiración y hacia un mundo de medición precisa de la humedad del suelo. Al ser capaces de determinar rápidamente el nivel real de humedad del suelo y la capacidad de retención de agua de cada estación y luego establecer objetivos precisos de humedad para hacer una programación de riego más eficiente, en respuesta a esos datos precisos, de esta manera los agricultores pasan de la complejidad a la simplicidad.

Tabla 3. Resumen comparativo del uso de la metodología de evapotranspiración ETc y la metodología usando sensores de humedad de suelo.

Tipo de método para el cálculo de riego

Evapotranspiración (ETc)

Sensor de humedad del suelo

Área de cobertura

Por zonas

Por tipo de suelo o zonas

Tipos de suelos

Genérico

Especifico

Mantenimiento

Medio

Bajo

Precisión del riego

Bajo

Alto

Coste / Inversión

Bajo

Medio

Para cultivo específico

Si

Si

Exceso de Riego

Si

No

Ahorro de Agua / Energía

Medio

Alto

Las estaciones de riego meteorológicas usando sensores de humedad de suelo facilitan la mejora del riego al proporcionar información detallada sobre la demanda real de agua para los cultivos. Esto es lo que llama Encore Lab un riego inteligente. Debido a esto, el monitoreo del estado del agua de las plantas y del suelo puede ser usado complementariamente para programar el riego.

Los nuevos avances en el mapeo de la demanda de agua para cultivos dependerán de las nuevas tecnologías y métodos de medición. Para que estas mediciones sean útiles para los productores, deben ser asequibles, accesibles y compatibles con los sistemas de riego y las prácticas agrícolas existentes. Los datos de humedad del suelo en tiempo real específicos del sitio proporcionan información precisa para apoyar la programación del riego, facilitando las decisiones óptimas de asignación, mitigando los riesgos de pérdida de cultivos y mejorando la eficiencia general del riego.

Referencias:

  • Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., and Smith, M. 1998. Crop evapotranspiration – Guidelines for computing crop water requirements – FAO Irrigation and drainage paper 56. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy: FAO.
  • Saxton KE. y Rawls W.J. (2006). Estimaciones características del agua del suelo por textura y materia orgánica para soluciones hidrológicas. Soil Science Society of America Journal. 70: 1569-1578.
  • Mery, R. (1980) Determinación manual de la textura de suelos mediante la técnica del “tacto”.