DESARROLLO DEL BULBO HÚMEDO BAJO RIEGO LOCALIZADO EN SUELOS ESTRATIFICADOS DEL URUGUAY. Mario García Petillo, Raquel Hayashi, Lucía Puppo, Pablo Morales. Facultad de Agronomía, Universidad de la República – Montevideo – Uruguay Tel.: +(5982)3570491 e-mail: [email protected] RESUMEN La fruticultura en Uruguay es una actividad de principal importancia, tanto económica como social. La gran mayoría de la investigación internacional de riego localizado en frutales es realizada en condiciones climáticas, edáficas y socioeconómicas tales que hacen que sus resultados no sean trasladables directamente al Uruguay. Adicionalmente, un trabajo reciente de la Unidad de Hidrología (García, 2002) muestra que con la práctica del riego usual la banda mojada se extiende en profundidad por debajo de la zona radical. La determinación de la forma del bulbo de mojado es de gran importancia ya que afecta directamente el diseño del sistema de riego por goteo, fundamentalmente el distanciamiento entre los emisores. Asimismo es importante para la correcta operación del equipo, evitando pérdidas por precolación profunda, aumentando la eficiencia del riego y disminuyendo la contaminación ambiental. Se instalaron ensayos de riego sobre suelos con un horizonte superficial franco arcillo limosos de 40 cm, seguido de un horizonte B textural (arcilloso) de baja permeabilidad. Se realizaron mediciones para determinar la forma del bulbo de mojado, aplicando el riego con goteros de diferente caudal, diferente espaciamiento, con una o dos líneas y con diferentes volúmenes aplicados. Los primeros resultados muestran diferencias importantes entre lo observado y los modelos propuestos en la bibliografía. El objetivo del trabajo es obtener una primera aproximación en la determinación de la forma de los bulbos de mojado, y analizar los efectos de diferentes formas de aplicación sobre los patrones de mojado del suelo, en las condiciones del Uruguay. INTRODUCCIÓN El agua en el suelo se mueve a través de los poros entre las partículas. La descripción teórica de movimiento a través de los de los poros es compleja debido a la dificultad de describir la geometría del sistema poroso. Además, bajo sistemas de riego localizado el flujo que se da en el medio poroso es de características tales que el agua no llena todos los poros por lo que el flujo es no saturado. A diferencia de los sistemas de riego por aspersión y gravedad, en los cuales se aplica el agua con el fin de llenar el perfil de suelo hasta Capacidad de Campo, los sistemas de riego localizado operan con contenidos de humedad que van de saturación en la cercanía del emisor, a niveles de contenidos de humedad muy bajos en la zona no humedecida por el emisor. La distribución de agua en el suelo responde a fenómenos relacionados a las propiedades capilares del suelo, las condiciones de humedad previas 1 al riego, y la forma en la que se aplica el agua. La variabilidad espacial en las propiedades físicas del suelo, introduce variaciones espaciales en los patrones de distribución del agua debajo del gotero. Estas variaciones en el volumen de suelo mojado generan dificultades al momento del diseño, en la determinación del espaciamiento entre los emisores, el tiempo de riego y la descarga de los emisores. Asimismo las pérdidas de agua fuera de la zona de las raíces generan una pobre eficiencia del sistema de riego, aumentando el riesgo ambiental, por la posibilidad de contaminación de las aguas subterráneas. Es importante para el diseñador de sistemas de riego localizado el poder predecir, cuando menos con una aproximación razonable, las características de la zona mojada, en particular las dimensiones del bulbo húmedo generado dentro del sistema radical del cultivo. Estas aproximaciones se pueden obtener por alguno de estos cuatro métodos: i. Analíticos, ii. Simulación, iii Empíricos y semi-empíricos y iv. Pruebas de campo (Zazueta, 1992). Métodos analíticos: Con excepción de casos muy particulares, la ecuación de Richards es muy difícil de resolver. Las soluciones analíticas que se han presentado para esta ecuación, hacen una serie de simplificaciones físicas y matemáticas que resultan en soluciones alejadas del comportamiento físico del sistema real. Sin embargo, Revol et al. (1995), sostienen que las soluciones analíticas son menos costosas y más fáciles de usar con propósitos de diseño. Ellos lograron un buen ajuste entre sus predicciones y las observaciones que realizaron en laboratorio. Gupta et al. (1995), mostraron que la hidráulica del régimen saturado está afectada significativamente por las tasas de aplicación de los emisores y por el volumen total de agua aplicado. Concluyen que el modelo de Wooding (1968) funcionó bien en esas condiciones experimentales. Zazueta et al. (1995) describen una ecuación simple para estimar el diámetro de un bulbo húmedo en un suelo seco, profundo y uniforme. Métodos numéricos (Simulación): Dadas las limitaciones de los métodos analíticos planteadas en el punto anterior, se han desarrollado diversos métodos para resolver la ecuación de Richards, basados principalmente en simulaciones que usan diferencias finitas. De acuerdo a Assouline (2002), una representación cuantitativa del proceso de flujo, por medio de un modelo de simulación, podría ser beneficioso para el estudio de los efectos del riego localizado en el régimen hídrico de los cultivos. Wind y VanDoorne (1975) desarrollaron un modelo que se basa en utilizar una aproximación exponencial para describir la relación entre conductividad hidráulica y tensión de humedad. Zazueta y McWorther (1983) ampliaron el método para cualquier relación de carga y conductividad. Métodos empíricos y semi- empíricos: Los primeros estudios relacionados a las dimensiones del bulbo húmedo fueron empíricos. A partir de pruebas de campo se han desarrollado gráficos y ecuaciones (Godberg et al., 1976; Schwartzman y Zur, 1986). Esta es la información más utilizada hoy en día para el diseño de los equipos de riego localizado. Más allá de la ventaja de su sencillez, presenta la gran limitación de que no es extrapolable a situaciones muy diferentes a aquellas en las cuales fueron desarrolladas. Pruebas de campo: Debido a la gran variabilidad en suelos y los datos requeridos para su uso, las relaciones matemáticas analíticas, las simulaciones simples y las ecuaciones empíricas pueden ser de poca utilidad. La forma más confiable de determinar las características del bulbo húmedo es haciendo pruebas de campo. Dicha 2 prueba consiste en operar los goteros en áreas representativas de suelo y luego medir los bulbos húmedos resultantes. Utilizando estas técnicas, Yitayew y Ali Khan (1995) definieron que la forma y distribución del agua y solutos dentro de la zona radicular era dependiente de la tasa de aplicación y del volumen total aplicado. La información nacional sobre medidas sistemáticas de bulbos mojados en equipos de riego localizado es casi inexistente. El único antecedente es de García Petillo (2002), quien realizó 116 mediciones con frecuencia semanal. Constató que el bulbo de mojado del gotero tiene un desarrollo muy importante en profundidad, mientras que no puede alcanzar un ancho mayor a 1 m aproximadamente. Sin embargo, de acuerdo a las referencias bibliográficas hasta ahora aceptadas, en el caso de suelos muy estratificados con horizontes subsuperficiales muy arcillosos (horizontes Bt), como es el caso del suelo de este ensayo y la gran mayoría de los suelos del Uruguay, el bulbo mojado por el gotero debería tener un desarrollo horizontal mayor que vertical. OBJETIVOS Los objetivos de este trabajo fueron: • Analizar y cuantificar las distintas formas y tamaños de bulbos mojados, a partir de distintas formas de aplicación del agua de riego localizado (diferentes caudales, tiempo de riego y espaciamiento) en un suelo representativo del Uruguay. • Iniciar una base de datos con la información antes mencionada, tendiente a generalizar los resultados mediante estudios posteriores más profundos. • Aportar información para un correcto diseño agronómico de los equipos de riego localizado. • Generar la información para un correcto manejo del riego, tendiente a hacer un uso racional del agua, conservando el recurso, y logrando la mejor respuesta productiva en términos de cantidad y calidad. MATERIALES Y MÉTODOS El ensayo se realizó durante la temporada 2003-2004, en un predio comercial en Melilla, una de las principales zonas frutícolas del sur de Uruguay. Se instaló un ensayo de riego en un monte adulto de duraznero (Prunus persica (L) Batsch) cv. “Dixiland”, con un marco de plantación de 5.5 x 2.2 m. Los árboles están plantados sobre camellones de 3.80 m de base y 0.21 m de altura, y se mantienen libres de malezas mediante aplicaciones de herbicida, mientras que las entrefilas se conservan empastadas. El suelo corresponde a un Brunosol cuyas características se presentan en la Tabla 1. Se sacaron cuatro muestras imperturbadas por cada horizonte para la determinación de la densidad aparente. Las mismas muestras se utilizaron para la determinación de las curvas de retención de agua, utilizando ollas a presión, según la metodología de Richards (1947). A partir de dichas curvas, se estimó la Capacidad de Campo y el Punto de Marchitez Permanente como el contenido de humedad a –0,01 MPa y –1,50 MPa respectivamente. 3 Tabla 1: Características físicas y parámetros hídricos del perfil del suelo del ensayo Prof. Horizonte Textura DAp CC PMP AD 00 - 20 Ap Franco Arcillo Limoso 1.16 29.7 16.2 13.5 20 - 42 AB Franco Arcilloso 1.34 32.8 17.6 15.2 42 - + B textural Arcilloso 1.44 33.7 17.8 15.9 Prof.: Profundidad (cm); DAp: Densidad Aparente (gr cm-3); CC: Capacidad de Campo; PMP: Punto de Marchitez Permanente; AD: Agua Disponible (expresados en % en volumen). El máximo desarrollo radicular se da hasta los 42 cm de profundidad, siendo casi nulo dentro del horizonte B textural. Los tratamientos de riego consistieron en, un testigo sin riego (T1) y tres tratamientos con riego: T2 - 1 línea de goteros de 4.0 lh-1 a 1.00 m; T3 - 2 líneas paralelas por fila separadas 1 metro entre ellas, con goteros de 2.0 lh-1 a 1.00 m y T4 - 1 línea de goteros de 1.6 lh-1 a 0.40 m. Por lo tanto el caudal en los tres tratamientos regados era de 4.0 l h-1 m-1 lineal Los muestreos para la determinación de la forma y tamaño de los bulbos mojados se realizaron en los tratamientos 2, 3 y 4, y también se sacaron muestras del tratamiento 1 (secano) como control. Todos los muestreos se repitieron en dos fechas diferentes: el 12 y el 21 de enero de 2004. En cada una de estas fechas se estimó la ETc a partir de la evaporación del Tanque A de la Estación Experimental INIA “Las Brujas”, situada a 16 km del ensayo, los coeficientes Kpan determinados para esa misma estación, y los coeficientes de cultivo Kc recomendados por la FAO (Allen, et al.1998). Para el muestreo se sacaron muestras de suelo utilizando un taladro tipo holandés, a intervalos de profundidad de 20 cm. La cuadrícula de conformó por transectas perpendiculares a la línea de goteo, debajo del gotero, en el punto medio entre dos goteros, y en el punto medio entre las dos transectas anteriores. En cada transecta se marcaron sitios a intervalos de 20 cm desde el gotero hacia ambos lados de la línea. Se utilizaron tantos sitios y profundidades como fue necesario para incluir todo el bulbo mojado en cada caso. En la figura 1 se detallan las cuadrículas de muestreo para cada tratamiento. Se determinó el contenido de humedad de las muestras mediante el método gravimétrico y con el dato de densidad aparente correspondiente a cada horizonte, se calculó el contenido de agua volumétrico. Finalmente, utilizando el programa SURFER 8 para la interpolación de los datos de humedad de las muestras, se obtuvieron las líneas isohídricas y se graficaron los bulbos de mojado para cada tratamiento. 4 Tratamiento 2 Goteros de 4 l/h a 1,0 m a b Tratamiento 3 Goteros de 1,6 l/h a 0.40m c a b Copa del árbol 2.20 m 2.20 m 0.40 m 1.00 m Tronco Línea portagoteros a' Transectas b’ c’ Lugares de muestreo a' b’ Lugares de muestreo Tratamiento 4 2 líneas de goteros de 2 l/h a 1,0 m a b c 1.00 m 2.20 m 1,00 m a’ b’ c’ Lugares de muestreo Transectas Figura 1: Ubicación de los sitios de muestreo de los diferentes tratamientos RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la primer fecha de muestreo (12/01/2003) la ETc estimada por el método del Tanque A fue de 5,5 mm día-1, lo que representa para un marco de plantación de 12,1 m2 un volumen de agua necesario de 66,6 litros por planta y por día. En ese momento el productor estaba regando durante 3 horas por día, es decir que el volumen de agua aplicado era de 26,4 litros por planta, lo que apenas cubría (sin considerar la eficiencia de aplicación) el 40% de la demanda del cultivo. En la segunda fecha (21/01/2003) la ETc fue aproximadamente la misma, 5,6 mm día-1 o 67,8 litros por planta. Sin embargo el productor incrementó el tiempo de riego a 7 horas con lo que aplicó un volumen de 61,6 litros diarios, lo que cubriría el 92% de la demanda del cultivo. 5 Desarrollo del bulbo de mojado En la figura 2 se observa como fue la distribución del agua en el perfil del suelo para cada uno de los tratamientos y para los dos tiempos de riego. En la figura 2.a, correspondiente al tratamiento de goteros de 4 lh-1 a 1,0 metros de separación, se ve que el bulbo de mojado en la zona radicular (0 a 0,42 m de profundidad) alcanza un máximo de 0,70 m, con un tiempo de riego de 3 horas. Al aumentar el tiempo de aplicación a 7 horas el bulbo mojado aumenta a 1,10 m. En ambas situaciones se pierde agua por precolación profunda, por debajo de la zona radicular. En el tratamiento con goteros de 1,6 lh-1 a 0,40 m de distancia, el desarrollo del bulbo fue de 0,70 m cuando se regaba durante 3 horas, y no se modificó al aumentar el tiempo de riego a 7 horas. Sí en cambio fueron mayores las pérdidas por precolación profunda al aumentar el tiempo de riego (figura 2.b). En el tratamiento con doble línea con goteros de 2 lh-1 a 1,0 m, con 3 horas de riego, el bulbo individual desarrollado no sobrepasó los 0,30 m de ancho , por lo cual entre las dos líneas el suelo se mantuvo seco (figura 2.c). Al aumentar las horas de riego, se obtuvo un bulbo de aproximadamente 0,70 cm de ancho, pero no se logró un adecuado contacto entre los bulbos. Estos resultados se complementan con la información de la figura 3, en la cual se presenta el contenido de humedad en el perfil, en aquella parte del marco de plantación en que hay influencia de la banda mojada. Estas figuras permiten visualizar cómo es el contacto entre los bulbos de mojado y por tanto si la banda de mojado tiene una buena continuidad a lo largo de la fila. Con 3 horas de riego, únicamente el tratamiento T3 que tiene los goteros separados sólo a 0,40 m logra una banda mojada continua. Al aumentar a 7 horas de aplicación, tanto el tratamiento T2 como el T3 logran bandas de mojado continuas. En este caso el desarrollo en ancho de la banda del T2 es de aproximadamente 1 m, mientras que en el caso del T3 es aproximadamente 0,50 m. El tratamiento T4 de doble línea, aún con 7 horas de riego no logra una banda de humedecimiento continua. 6 3 HORAS a -60 -10 -50 -40 -30 7 HORAS -20 -10 0 10 20 30 40 -10 -20 -20 -30 -30 -40 -40 -50 -50 -60 -60 -70 -70 -80 -80 -90 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 -20 -20 -40 -40 -60 -60 -80 -80 -100 -100 -90 40 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 30 40 -10 b -40 -10 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 -10 -20 -20 -30 -30 -40 -40 -50 -50 -60 -60 -70 -70 -80 -80 -90 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 -90 40 -40 -10 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -20 -10 0 10 20 -20 -20 -30 -30 -40 -40 -50 -50 -60 -60 -70 -70 -80 -80 -90 -90 -100 -100 -110 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 -110 40 c -40 -10 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 -10 -20 -20 -30 -30 -40 -40 -50 -40 -50 140 -60 T4 -20 0 20 40 60 80 100 120 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 -20 -20 -40 -40 -60 -60 -80 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Figura 2: Distribución del agua en los diferentes tratamientos, en dos tiempos de riego. a) T2, goteros de 4 lh-1 a 1,0 m; b) T3, goteros de 1,6 lh-1 a 0,40 m y c) T4, doble línea con goteros de 2 lh-1 a 1,0 m. Las flechas indican la ubicación de los goteros. 7 3 HORAS 7 HORAS Línea portagoteros a -100 40 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 40 -100 40 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 40 20 20 20 20 0 0 0 0 -20 -20 -20 -20 -40 -40 -40 -40 -60 -60 -80 -80 -60 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -60 100 Goteros -100 -100 b -40 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 40 -40 40 -80 -60 -30 -40 -20 -20 -10 0 0 20 40 10 60 20 80 30 -100 100 40 40 30 30 30 30 20 20 20 10 10 18020 170 160 15010 140 130 120 0 110 100 90 -10 80 70 60 50 -20 40 30 20 -30 10 0 -10-40 -20 0 0 -10 -10 -20 -20 -30 -30 -40 -40 T3 -50 -60 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 -50 -60 40 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -40 -100 160 c 10 -50 -30 -80 -20 -60 -10 -40 -20 0 0 10 20 20 40 30 60 80 -60 40 100 160 140 140 100 120 120 120 100 100 100 100 80 80 80 80 60 T460 60 60 40 40 40 40 20 20 20 20 0 0 0 0 -100 120 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -20 -40 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -20 -20 -20 -40 100 -40 -40 -60 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -60 100 Figura 3: Contenido de humedad en todo el marco de plantación con dos tiempos de riego (3 y 7 horas). a) T2, goteros de 4 lh-1 a 1,0 m; b) T3, goteros de 1,6 lh-1 a 0,40 m y c) T4, doble línea con goteros de 2 lh-1 a 1,0 m. 8 Tabla 2: Porcentaje de superficie mojada en relación a la superficie ocupada por el árbol, medida a 0,30 m de profundidad, en cada tratamiento y dos tiempos de riego. Porcentaje de superficie mojada Tratamiento 3 horas 7 horas T2 13.5 36 T3 20 21 T4 0 27 La superficie mojada a los 0,30 m de profundidad, zona de mayor actividad radicular, fue superior en el tratamiento T2 con 7 horas de riego (36 %). En el tratamiento T3 no hubo un aumento del porcentaje de superficie mojada al aumentar el tiempo de riego, sin embargo aumentaron las pérdidas de agua por precolación profunda. El tratamiento T4, de doble línea, con 3 horas de riego no logró mojar a los 0,30 m de profundidad como se puede ver en la figura 2.c. Al aumentar el tiempo de riego a 7 horas, se consigue un 27 % de superficie mojada, superando el obtenido por el tratamiento T3 (21 %). Sin embargo en T4 no hay solapamiento de los bulbos mojadas como se pudo observar en la figura 2.c y 3.c . CONCLUSIONES En los suelos estratificados y pesados, típicos de la zona frutícola sur del Uruguay, los patrones de mojado en riego por goteo son sustancialmente diferentes a los esperables de acuerdo a la bibliografía. El ancho de la banda mojada es generalmente menor a lo esperado, y en situaciones de riego tal cual lo manejan los productores, muchas veces ni siquiera se solapan los bulbos mojados. Las pérdidas por percolación detectadas fueron importantes, por lo que se está sobreestimando la eficiencia de aplicación del método, y por lo tanto sub-irrigando el cultivo. Estos primeros resultados demuestran que se debe continuar esta línea de investigación, con el objetivo de desarrollar modelos validados localmente. En este sentido, ya fue formulado y aprobado el proyecto “Análisis de las dimensiones del bulbo húmedo bajo riego localizado en los suelos del Uruguay y ajuste de un modelo matemático”, que comenzará sus actividades en la primavera del 2005. 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