fue de 5

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
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-10
-50
-40
-30
7 HORAS
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-10
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-50
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-70
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-100
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40
-100
-80
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-40
-20
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40
30
40
-10
b
-40
-10
-30
-20
-10
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170
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150
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30
-110
40
c
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-10
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
-10
-20
-20
-30
-30
-40
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-50
-40
-50
140
-60
T4
-20
0
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40
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100
120
-40
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0
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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
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40
-80
-60
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-20
0
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0
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Goteros
-100
-100
b
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40
-30
-20
-10
0
10
20
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-40
40
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30
30
20
20
20
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18020
170
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15010
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130
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50 -20
40
30
20 -30
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-20
0
0
-10
-10
-20
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-30
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T3
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-60
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-30
-20
-10
0
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20
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c
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100
100
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T460
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60
40
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0
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-100
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40
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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.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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 Nº 56, FAO, Rome.
Assouline, S. 2002. The effects of microdrip and conventional drip irrigation on water
distribution and uptake. Soil Sci. Soc. Am. J. 66:1630-1636.
9
García Petillo, M. 2002. Respuesta a diferentes manejos del riego y balance hídrico de
un huerto de cítricos. Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Valencia, Escuela
Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos. 194 p.
Goldberg, D; Gornad, B. and Rimon, D. 1976. Drip Irrigation. Scientific publications.
Israel. 296 p.
Gupta, R.K., Rudra, R.P. and Dickinson, W.T. 1995. Modelling of saturated regimen as
affected by emitter application rates. Proceedings of the Fifth International
Microirrigation Congress. April 2-6, 1995. Orlando, Florida, USA. pp 628-632.
Revol, Ph., Clothier, B.E., Lesaffre, B. and Vachaud, G. 1995. An approximate timedependent solution for point source infiltration. Proceedings of the Fifth
International Microirrigation Congress. April 2-6, 1995. Orlando, Florida, USA. pp
603-608.
Richards, L..A. 1947. Pressure-membrane apparatus construction and use. Agr. Engin.
28:451-454.
Schwartzman, M. and Zur, B. 1986. Emiter spacing and geometry of wetted soil volume.
J.Irrig. and Drain. Engrg. Div., Am. Soc. Civil Eng. 110(2):331-341.
Wind, G.P. and VanDoorne, W. 1975. A numerical model for the simulation of
unsaturated vertical flow of moisture in soils. J. of Hidrology 24:1-20.
Wooding, R.A. 1968. Steady infiltration with a shallow circular pond. Water Resources
Research 4:1259-1273.
Yitayew, M. and Ali Khan, A. 1995. Field evaluation of water and solute movement from
a point source. Proceedings of the Fifth International Microirrigation Congress. April
2-6, 1995. Orlando, Florida, USA. pp 609-614.
Zazueta, F.S. 1992. Microirrigación. ICFA International, Guadalajara, Mèxico. 212 p.
Zazueta, F.S. and McWorther, D.B. 1983. Stochastic simulation of agricultural drainage
systems. National Academy of Engineering Proc. 9:156-161.
Zazueta, F.S., Clark, G.A., Smajstrla, A.G. and Carrillo, M. 1995. A simple equation to
estimate soil-water movement from a drip irrigation source. Proceedings of the Fifth
International Microirrigation Congress. April 2-6, 1995. Orlando, Florida, USA. pp
851-856
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