Agrociencia ISSN: 1405-3195 [email protected] Colegio de Postgraduados México

Buendía Espinoza, Julio C.; Palacios Vélez, Enrique; Chávez Morales, Jesús; Rojas Martínez, Basilio Impacto del funcionamiento de los sistemas de riego presurizados en la productividad de ocho cultivos, en Guanajuato, México. Agrociencia, vol. 38, núm. 5, septiembre-octubre, 2004, pp. 477-486 Colegio de Postgraduados Texcoco, México

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IMPACTO DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE RIEGO PRESURIZADOS EN LA PRODUCTIVIDAD DE OCHO CULTIVOS, EN GUANAJUATO, MÉXICO IMPACT OF PRESSURIZED IRRIGATION SYSTEMS PERFORMANCE ON PRODUCTIVITY OF EIGHT CROPS, IN GUANAJUATO, MÉXICO Julio C. Buendía-Espinoza1, Enrique Palacios-Vélez1, Jesús Chávez-Morales1 y Basilio Rojas-Martínez2 Programa en Hidrociencias. Instituto de Recursos Naturales. IRENAT. 2Programa en Estadística. Instituto de Socioeconomía, Estadística e Informática. ISEI. Colegio de Postgraduados 56230. Montecillo, Estado de México. Teléfono: (01 595) 954-4202, ([email protected]), (01 595) 95 2 02 00 ext.: 11-74 y 14-09.

1

RESUMEN

ABSTRACT

Esta investigación se realizó en granjas del Estado de Guanajuato, México. Se evaluaron tres tipos de sistemas de riego presurizado: aspersión portátil, aspersión de desplazamiento lateral (side-roll), y goteo. Se utilizó el coeficiente de uniformidad de Christiansen (CUC) en aspersión, y el coeficiente de uniformidad de Karmeli y Keller (CU) en goteo, los que se compararon con la productividad del agua y de la tierra. El impacto de la distribución del agua en los sistemas de riego fue evaluado con modelos de regresión lineal, relacionando los valores relativos de los coeficientes de uniformidad con los rendimientos de los cultivos. El análisis de los

This study was carried out in farms of the State of Guanajuato,

resultados mostró que la uniformidad de distribución del agua, la operación y el mantenimiento de los tres tipos de sistemas de riego no fue satisfactoria, ya que los valores de los CUC y los CU en riego por aspersión (75.70% y 74.57%) y riego por goteo (80.97%) fueron menores que 80% y 90% (valores mínimos que indican una distribución adecuada del agua de riego). La productividad

water distribution, operation and maintenance of the three

del agua y de la tierra fue baja en los sistemas de riego por aspersión y alta en los de goteo. Los modelos de regresión muestran que los rendimientos aumentan con los coeficientes de uniformidad, lo que indica que una buena distribución del agua propicia una mayor productividad.

was low in the sprinkler irrigation systems and high in those of

México. Three types of pressurized irrigation systems were evaluated: portable sprinkler, side-roll and drip irrigation. The Christiansen uniformity coefficient (CUC) for sprinkler irrigation, and the Karmeli-Keller uniformity coefficient (CU) for drip irrigation, were obtained and compared with water and land productivity. Linear regression models were adjusted between values of relative uniformity coefficients and relative crop yields, in order to evaluate the impact of water distribution on irrigation systems. The analysis of the results showed that uniformity of the irrigation systems were not satisfactory, due to the fact that the CUC and the CU values (75.70% and 74.57%) in the sprinkler irrigation systems and drip irrigation (80.97%) were lower than (80% and 90% (the minimum values that indicate good distribution for irrigation water). The water and land productivity drip irrigation. The regression models show that the yields increase in proportion to the uniformity coefficients, which indicates that the better the distribution of water in the field, the higher the crop yield.

Palabras clave: Aspersión, eficiencia, evaluación, goteo, uniformidad.

Key words: Sprinkler, efficiency, evaluation, drip, uniformity.

INTRODUCTION

INTRODUCCIÓN

T

he increase in population and economic development intensifies competition for the availability of fresh water, whose costs are increased. In irrigation agriculture, a technological transformation is required in order to improve its productivity and profitability. In México, the importance of pressurized irrigation systems is more evident, given the ever increasing pressure on the availability of water. Consequently, the design and performance of these systems play an important role in crop production. Therefore, it is necessary to develop methods for

E

l incremento de la población y el desarrollo económico intensifican la competencia por el agua dulce, y aumentan sus costos. En la agricultura de riego es necesaria una transformación tecnológica para mejorar su productividad y rentabilidad. En México, los sistemas de riego presurizados tienen mucha importancia debido a la presión creciente sobre la disponibilidad. En consecuencia, el diseño y funcionamiento de estos Recibido: Febrero, 2003. Aprobado: Agosto, 2004. Publicado como ENSAYO en Agrociencia 38: 477-486. 2004.

477

478

AGROCIENCIA VOLUMEN 38, NÚMERO 5, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2004

sistemas tiene una importante función en la producción de los cultivos. Por tanto, es necesario desarrollar métodos para evaluar los sistemas de riego y determinar su adecuado funcionamiento, y su efecto en los rendimientos de los cultivos. Una forma de evaluación es la medición de la distribución espacial del agua aplicada a los terrenos. Los indicadores de esta distribución son los coeficientes de uniformidad, propuestos por Christiansen (1942) para riego por aspersión, y para riego por goteo por Karmeli y Keller (1975). Entre los factores que afectan al coeficiente de uniformidad de distribución del agua se encuentran los intrínsecos del diseño hidráulico de los sistemas de riego, los climáticos y los de funcionamiento. Una gran parte de la investigación se ha concentrado en los efectos de estos factores (Bralts et al., 1981; Sammis y Wu, 1985; Gohring y Wallender, 1987; Goldhamer y Snyder, 1989, Soares et al., 1991; Tarjuelo et al., 1992; Tajrishy et al., 1994; Louie y Selker, 2000), lo cual motiva la evaluación, mediante los coeficientes de uniformidad de distribución del agua, la relación entre el funcionamiento de diferentes tipos de sistemas de riego presurizado, los rendimientos y la productividad de los cultivos.

evaluating the irrigation systems and to determine the effectiveness of their performance, as well as their effect on crop yield. One form of evaluation is measuring the spacial distribution of the water applied to the fields. The indicators of this distribution are the uniformity coefficients, which were proposed by Christiansen (1942) for sprinkler irrigation, and for drip irrigation by Karmeli and Keller (1975). Among the factors which affect the uniformity coefficient of water distribution are the intrinsic elements of the hydraulic design of the irrigation systems, climate, and performance. A major part of the research has been focused on the effects of these factors (Bralts et al., 1981; Sammis and Wu, 1985; Gohring and Wallender, 1987; Goldhamer and Snyder, 1989; Soares et al., 1991; Tarjuelo et al., 1992; Tajrishy et al., 1994; Louie and Selker, 2000), which motivates the evaluation of the relationship among the performance of different types of irrigation systems, yield and crop productivity by means of the water distribution coefficients.

MATERIALS AND METHODS Geographic location

MATERIALES Y MÉTODOS The study was carried out in two phases, in agricultural farms, in Localización geográfica

the municipalities of León, Dolores Hidalgo, San Miguel de Allende, San Francisco del Rincón, Manuel Doblado, Celaya, Silao, Romita

La investigación se realizó en dos fases, en predios de productores agrícolas en los municipios de León, Dolores Hidalgo, San Miguel de Allende, San Francisco del Rincón, Manuel Doblado, Celaya, Silao, Romita y Juventino Rosas, del Estado de Guanajuato, México. En la primera fase se seleccionaron los sitios para las pruebas de evaluación de los sistemas de riego, mediante técnicas estadísticas de muestreo. En la segunda se evaluó la operación y el mantenimiento de los sistemas en los sitios seleccionados. Metodología Muestreo

and Juventino Rosas, in the State of Guanajuato, México. In the first phase, the sites were selected for the evaluation tests of the irrigation systems by means of statistical sampling techniques. In the second phase, the operation and maintenance of the systems were evaluated. Methodology Sampling Stratified random sampling was used to determine how many and which irrigation systems were to be evaluated of the total

Se utilizó muestreo aleatorio estratificado para determinar cuántos y cuáles sistemas de riego a evaluar del total registrado en la base de datos del Programa de Tecnificación del Riego (Fertirrigación) de la Secretaría de Desarrollo Agropecuario del Gobierno del Estado de Guanajuato. De dicha base se consideraron los predios que utilizan sistemas de riego presurizados, los cuales se clasificaron en estratos de acuerdo con el tipo de sistema (Cuadro 1). El tamaño de la muestra fue 50. La distribución de la muestra, para cada uno de los estratos, se hizo por asignación proporcional al tamaño del estrato (Cuadro 2). La selección de los predios agrícolas correspondientes a cada muestra por tipo de sistema de riego, se hizo con base en muestreo de probabilidad proporcional al tamaño (ppt). Se seleccionaron con una tabla de números aleatorios, considerando la superficie de cada uno.

registered in the data base of the Programa de Tecnificación del Riego (Fertirrigación) of the Secretaría de Desarrollo Agropecuario del Gobierno del Estado de Guanajuato. From this base, the fields considered were those which utilize pressurized irrigation systems, which were classified in strata according to the type of system (Table 1). The sample size was 50. The distribution of the sample, for each of the strata, was made by proportional assignation to the size of the stratum (Table 2). The selection of farms corresponding to each sample, according to the type of irrigation system, was based on a probability sampling in proportion to size (pps). The farms were selected using a table of random numbers, considering the area of each one.

BUENDÍA-ESPINOZA et al.: SISTEMAS DE RIEGO PRESURIZADOS Y PRODUCTIVIDAD DE CULTIVOS

479

Cuadro 1. Estratificación de los sistemas de riego. Table 1. Stratification of the irrigation systems. Superficie de riego Estrato

1 2 3 4 5

Sistema de riego

Productores (Ni)

Aspersión portátil Desplazamiento lateral Goteo Pivote central Cañón fijo

Total

Municipios Total (ha)

Máxima (ha)

Mínima (ha)

81 65 108 6 2

2499 1837 3410 224 67

75 75 86 65 51

7 10 3 16 16

262

8037

23 20 24 4 2

Cuadro 2. Tamaño de muestra en cada estrato. Table 2. Sample size in each stratum. Sistema de riego

Estrato 1 2 3 4 5

Muestra por estrato (ni)

Productores (Ni)

Aspersión portátil Desplazamiento lateral Goteo Pivote central Cañón fijo

Total

Normas de evaluación

81 65 108 6 2

15 12 20 2 1

262

50

Evaluation norms

Para la evaluación de los sistemas de riego por aspersión se utilizó el método propuesto en el standard S330.1, de la ANSI/ASAE (1991). Para la de los sistemas de riego por goteo se utilizó el método propuesto por Vermeiren y Jobling (1986). Las variables medidas fueron presiones de operación, caudales, láminas de riego, rendimientos y precios. Con base en ellas se calcularon los coeficientes de uniformidad y la productividad de los cultivos; además, se formularon modelos de regresión entre la distribución del agua y los rendimientos de los cultivos.

For the evaluation of the sprinkler irrigation systems, the method used was that proposed in the S330.1 standard of the ANSI/ASAE (1991). The method proposed by Vermeiren and Jobling (1986) was applied to evaluate the drip irrigation systems. The measured variables were: operation pressure, flow, irrigation water depth, yields and prices. Based on these variables, the uniformity coefficients and crop productivity were calculated; in addition, regression models were formulated between the distribution of water and the crop yields.

Coeficientes de uniformidad de distribución del agua

Uniformity coefficients of water distribution

Para la evaluación de los sistemas de riego por aspersión se utilizó el propuesto por Christiansen (1942):

For the evaluation of the sprinkle irrigation systems, the Christiansen uniformity coefficient (1942) was applied:

LM MN

CUc = 100 1−

∑ xi − x xn

OP PQ

(1)

LM MN

CUc = 100 1−

∑ xi − x xn

OP PQ

(1)

donde CUC = coeficiente de uniformidad de Christiansen (%); xi − x =

where CUC = Christiansen uniformity coefficient (%); xi − x

desviación absoluta de las observaciones de precipitación individua-

absolute deviation of the individual observations of precipitation with respect to the mean (mm); xi = individual observations of the irrigation

les respecto a la media (mm); xi = observaciones individuales de la lámina de agua captada en cada punto de una malla regular de colectores de precipitación (3×3m), del sistema de aspersión (mm); x = precipitación media (mm); n = número de observaciones.

=

water depth obtained at each point of a medium sized grid (3×3m) of catch cans, of the sprinkler system (mm); x = mean precipitation (mm); n = number of observations.

480

AGROCIENCIA VOLUMEN 38, NÚMERO 5, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2004

El coeficiente usado para los sistemas de riego por goteo fue el propuesto por Karmeli y Keller (1975).

CU =

LM q OP Nq Q min

The coefficient used for the drip irrigation systems was that proposed by Karmeli and Keller (1975):

CU =

(2)

LM q OP Nq Q min

(2)

donde CU = coeficiente de uniformidad (%); qmin = caudal mínimo del 25% inferior del total de observaciones en los emisores (lph); q = caudal medio de todos los emisores (lph).

where CU = uniformity coefficient, (%); qmin = minimum flow of the lowest 25% of the total of the irrigation water depths observed in the emitters (lph); q = mean flow of all of the emitters (lph).

Productividad del agua

Water productivity

Se calculó dividiendo el valor total de la producción del cultivo, PT ($), entre el volumen total de agua aplicado sobre el terreno,

It was calculated by dividing the total crop production value, PT ($), by the total volume of water applied to the land, Vt (m³):

V t (m3):

Pagua

L PT OP =M NV Q t

LM PT OP NV Q

Pagua =

t

(3)

(3)

Land productivity Productividad de la tierra Se calculó dividiendo el valor total de la producción del cultivo PT, ($), entre el área total del terreno At (ha):

Ptierra

L PT OP =M NA Q t

It was calculated by dividing the total value of the crop production PT, ($), by the total area of the land At (ha):

Ptierra =

LM PT OP NA Q t

(4)

(4)

Statistical analysis of the stratified random sampling Análisis estadístico del muestreo aleatorio estratificado Con la información obtenida en el muestreo se calcularon los

With the information obtained in the sampling, the central tendency estimators, variability, the standard error of the sample mean

estimadores de tendencia central, variabilidad, el error estándar de la media muestral y los intervalos de confianza de los coeficientes de

and the confidence intervals of the uniformity coefficients, were calculated.

uniformidad. Regression analysis Análisis de regresión Para comparar los rendimientos de los cultivos con los coeficientes de uniformidad, se utilizaron valores relativos de los rendimientos

To compare the crop yields with the uniformity coefficients, relative values of the yields and uniformity coefficients were used in function of the maximum values obtained:

y de los coeficientes de uniformidad en función de los valores máximos obtenidos:

Rc = Rc =

Rci Rc•

(5)

Rci Rc•

(5)

where Rc = relative yield of the crop (adimensional); Rci = mean yield of the i crop(t ha−1); R•c = maximum yield of crop i (t ha−1):

donde Rc = rendimiento relativo del cultivo (adimensional); Rci = rendimiento medio del cultivo i (t ha−1); R•c = rendimiento máximo del cultivo i (t ha−1):

CU =

CUi CU•

(6)

CU =

CUi CU•

(6)

where CU = relative uniformity coefficient (adimensional); CUi = Christiansen uniformity coefficient in portable sprinkler and side-roll

BUENDÍA-ESPINOZA et al.: SISTEMAS DE RIEGO PRESURIZADOS Y PRODUCTIVIDAD DE CULTIVOS

481

donde CU = coeficiente de uniformidad relativo (adimensional); CU i = coeficiente de uniformidad de Christiansen en sistemas de rie-

irrigation systems, and Karmeli and Keller uniformity coefficient in drip irrigation systems; CU• = maximum uniformity coefficient (%).

go por aspersión portátil y por aspersión de desplazamiento lateral, y coeficiente de uniformidad de Karmeli y Keller en sistemas de riego por goteo; CU•=coeficiente de uniformidad máximo (%).

RESULTS AND DISCUSSION Sampling

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Of the five types of irrigation systems which were initially identified as strata of the sampling, it was only possible to evaluate three in the field; portable sprinkler, side-roll and drip. Furthermore, the sample sizes which were initially defined were not covered, and the actual sample sizes are presented in the last column of Table 3.

Muestreo De los cinco tipos de sistemas de riego que inicialmente se identificaron como estratos de muestreo, sólo fue posible evaluar tres en campo; aspersión portátil, desplazamiento lateral y goteo. Además, no se cubrieron los tamaños de muestra inicialmente definidos, y los tamaños de muestra reales se presentan en la última columna del Cuadro 3.

Portable sprinkler and side-roll irrigation systems Approximately 61.50% of the portable sprinkler and side-roll irrigation systems (Table 4), had a Christiansen uniformity coefficient below 80%, the minimum value for an acceptable irrigation uniformity, which indicates that the distribution of water over the land was not satisfactory. This may be due to problems of hydraulics, operation and maintenance. Among the hydraulics problems, the irrigation systems may not be well designed

Sistemas de riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral De los sistemas de riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral evaluados (Cuadro 4), aproximadamente 61.50% tuvieron un coeficiente de uniformidad

Cuadro 3. Estratos y muestras analizadas en campo. Table 3. Strata and samples analyzed in the field. Estrato 1 2 3

Sistema de riego

Productores (Ni)

Muestra estimada por estrato

Muestra real por estrato

Aspersión portátil Desplazamiento lateral Goteo

81 65 108

15 12 19

5 8 10

Cuadro 4. Coeficientes de uniformidad y valor de producción total en los sistemas de riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral. Table 4. Uniformity coefficients and total production value in the portable sprinkler and side-roll irrigation systems. Sitio 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 † ¶

Sistema de riego Portátil Portátil Portátil Portátil Portátil Desplazamiento Desplazamiento Desplazamiento Desplazamiento Desplazamiento Desplazamiento Desplazamiento Desplazamiento

Cultivo

lateral lateral lateral lateral lateral lateral lateral lateral

Maíz-1 Maíz-2 Alfalfa-1 Alfalfa-2 Alfalfa-3 Alfalfa-1 Alfalfa-2 Alfalfa-3 Alfalfa-4 Papa-1 Papa-2 Brócoli Brócoli

CUC† (%) 73.65 75.70 94.62 86.50 85.70 74.57 75.14 87.53 67.54 83.44 76.30 75.20 74.11

Volumen total (m3) 16 19 124 128 116 320 68 204 419 136 119 25 25

588.80 440.00 416.00 304.00 640.00 766.00 040.00 120.00 904.00 857.60 750.40 272.00 920.00

CUC = coeficiente de uniformidad de Christiansen. Los precios del producto del cultivo son del 2000, cuando se hizo la evaluación.

Rendimiento (t ha−1) 8 8.5 2.5 2 2 2.5 2.8 3 2 35 32 15 13

Precio¶ ($t−1)

Cortes por ciclo

$1500 $1500 $1340 $1340 $1340 $1340 $1340 $1340 $1340 $1500 $1500 $2900 $2900

1 1 10 10 10 10 10 10 10 1 1 1 1

Producción del cultivo ($ ha−1) $12 $12 $33 $26 $26 $33 $37 $40 $26 $52 $48 $43 $37

000 750 500 800 800 500 520 200 800 500 000 500 700

482

AGROCIENCIA VOLUMEN 38, NÚMERO 5, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2004

de Christiansen menor a 80%, valor mínimo para una uniformidad de riego aceptable, lo cual indica que la distribución del agua sobre el terreno no fue satisfactoria. Esto puede deberse a problemas hidráulicos, y de funcionamiento. Dentro de los problemas hidráulicos, los sistemas de riego pueden no estar bien diseñados técnicamente; por tanto, el sistema no cumple con la presión y gasto requeridos para un funcionamiento óptimo, lo que causa una baja uniformidad de distribución (Soares et al., 1991; Goldhamer y Snyder 1989; Tarjuelo et al. 1992). Entre los problemas de funcionamiento se observó que algunos aspersores, hidrantes y válvulas de control funcionan mal, y existen uniones defectuosas entre las tuberías, por donde se producen pérdidas de presión y de agua. También se presentan problemas de oscilación de presión durante la operación de los sistemas, originando una disminución del coeficiente de uniformidad, lo cual coincide con lo reportado por Louie y Selker (2000). Además, los sistemas de riego evaluados se operaron bajo condiciones de viento no favorables, lo que genera una disminución de la uniformidad. Otro problema fue el mal estado físico las boquillas de los aspersores y su cambio incorrecto por boquillas de tamaño inadecuado. El otro 39.50% del total de los sistemas de riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral tuvieron un coeficiente de uniformidad mayor a 80%, lo cual indica que la distribución del agua sobre el terreno fue adecuada. El valor total de la producción de los cultivos en los sitios donde se evaluaron los sistemas de riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral, está en función de los rendimientos y de los coeficientes de uniformidad en cada cultivo. Por tanto, los sitios que presentaron mejor uniformidad de distribución de agua alcanzaron un mayor valor de producción (Cuadro 4). En las Figuras 1 y 2 se observa que la productividad relativa del agua y de la tierra en los diferentes cultivos fue baja, además de ser diferente en los sitios evaluados con el mismo cultivo. Esto se debió a la variación del rendimiento. En los Cuadros 5 y 6 se presenta el intervalo de confianza al 95% de la media estimada del coeficiente de uniformidad. En los sistemas de riego por aspersión portátil las observaciones fueron muy heterogéneas; en consecuencia, la discrepancia fue muy grande (±10.66%) respecto a la media de la muestra (83.23%), lo cual no permite estimar con precisión la media verdadera de la población. En los sistemas de riego por aspersión por desplazamiento lateral la discrepancia fue ±5.13% respecto a la media de la muestra (76.73%), lo cual tampoco permite estimar con exactitud la media verdadera de la población. En la Figura 3 se presentan los modelos de regresión que muestran el impacto de la distribución del agua en

technically; therefore, the system does not supply the pressure and output required for optimal performance, thus causing a low uniformity of distribution (Soares et al., 1991; Goldhamer and Snyder 1989; Tarjuelo et al., 1992). Among the problems of performance, it was observed that some sprinklers, hydrants and control valves function poorly, and there are defective joints in the pipes, which produce loss of pressure and water. In addition, there are problems of pressure oscillation during the operation of the systems, causing a reduction of the uniformity coefficient, which coincides with what was reported by Louie and Selker (2000). Furthermore, the irrigation systems evaluated were operated under unfavorable wind conditions, thus generating a reduction in uniformity. Another problem is the bad physical state of the sprinklers nozzles and their incorrect replacement with nozzles of inadequate size. The other 39.50% of the total of the portable sprinkler and side-roll irrigation systems had a uniformity coefficient greater than 80%, which indicates that the distribution of water over the land was adequate. The total value of the crop production in the sites where the portable sprinkler and side-roll irrigation systems were evaluated, is a function of the yields and the uniformity coefficients for each crop. Therefore, the sites which presented the best water distribution uniformity reached a higher production value (Table 4). It can be observed in Figures 1 and 2 that the relative productivity of the water and land in the different crops was low, besides being different in the sites which were evaluated with the same crop. This was due to the variance in yield. The confidence interval at 95% of the estimated mean of the uniformity coefficient is shown in Tables 5 and 6. In the portable sprinkler irrigation systems, the observations were very heterogeneous; consequently, the discrepancy was very high (±10.66%) with respect to the mean of the sample (83.23%), therefore, it does not allow a precise estimation of the true mean of the population. In the side-roll irrigation systems, the discrepancy was ± 5.13% with respect to the sample mean (76.73%), which also does not allow a good estimation of the true mean of the population. The regression models which show the impact of the water distribution on the yields of the portable sprinkler and side-roll irrigation systems are shown in Figure 3. The regression model of the portable sprinkler systems indicates that for each unit that the relative uniformity coefficient is raised, the yield increases by 2.21 units; for the side-roll sprinkler systems, for each unit that the uniformity coefficient is raised, the yield increases by 1.09 units.

BUENDÍA-ESPINOZA et al.: SISTEMAS DE RIEGO PRESURIZADOS Y PRODUCTIVIDAD DE CULTIVOS

2.00

Cultivo

Brocolí-2

Papa-2

Brocolí-1

Papa-1

Alfalfa-4

Alfalfa-2

Alfalfa-3

Alfalfa-1

0.00 Maíz-1

Brocolí-2

Papa-2

Brocolí-1

Papa-1

Alfalfa-4

Alfalfa-3

Alfalfa-1

Alfalfa-2

Alfalfa-2

Alfalfa-3

Maíz-2

Alfalfa-1

Maíz-1

0.00

4.00

Alfalfa-2

0.50

6.00

Alfalfa-3

1.00

8.00

Maíz-2

1.50

10.00

Alfalfa-1

Productividad de la tierra, (mil $ ha−1)

Productividad del agua, ($ m−3)

2.00

483

Cultivo

Figura 1. Productividad del agua en riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral. Figure 1. Water productivity in portable sprinkler and side-roll irrigation systems.

Figura 2. Productividad de la tierra en riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral. Figure 2. Land productivity in portable sprinkler and side-roll irrigation systems.

Cuadro 5. Cálculo del intervalo de confianza del coeficiente de uniformidad en sistemas de riego por aspersión portátil. Table 5. Calculation of the confidence interval of the uniformity coefficient in portable sprinkler irrigation systems. Sitio

Cultivo

CUC† (%)

1 2 3 4 5

Maíz-1 Maíz-2 Alfalfa-1 Alfalfa-2 Alfalfa-3

73.65 75.70 94.62 86.50 85.70

†

Estimadores estadísticos de la muestra

Media Y = 83.23 Varianza S2 = 73.75 Desviación estándar S = 8.59

Intervalo de confianza (1−α)100% para el CUC

El intervalo con 95% de confiabilidad es 83.23±10.66

CUC = coeficiente de uniformidad de Christiansen.

Cuadro 6. Cálculo del intervalo de confianza del coeficiente de uniformidad en sistemas de riego por aspersión por desplazamiento lateral. Table 6. Calculation of the confidence interval of the uniformity coefficient in side-roll irrigation systems. Sitio

Cultivo

CUC† (%)

1 2 3 4 5 6 7 8

Alfalfa-1 Alfalfa-2 Alfalfa-3 Alfalfa-4 Papa-1 Papa-2 Brócoli-1 Brócoli-2

74.57 75.14 87.53 67.54 83.44 76.30 75.20 74.11

†

Estimadores estadísticos de la muestra

Intervalo de confianza (1−α)100% para el CUC

Media Y = 76.73 Varianza S2 = 37.53 Desviación estándar

El intervalo con 95% de confiabilidad es 76.73 ± 5.13

S = 6.13

CUC = coeficiente de uniformidad de Christiansen.

los rendimientos de los sistemas de riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral. El modelo de regresión de los sistemas de riego por aspersión portátil indica que por cada unidad que aumenta el coeficiente de uniformidad relativo, el rendimiento se incrementa

Drip irrigation systems Of the drip irrigation systems evaluated (Table 7), approximately 90% showed a Karmeli and Keller uniformity coefficient below 90%, which is the minimal

484

AGROCIENCIA VOLUMEN 38, NÚMERO 5, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2004 a) Aspersión portátil

b) Aspersión por desplazamiento lateral 1.20

1.00

X ×

× 0.80

V

0.60 Rend. = 2.2163 CU−0.2159 R2 = 0.99

0.40 0.20 0.00 0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

Rendimiento relativo, adimensional

Rendimiento relativo, adimensional

1.20

×

1.00 X

0.80

× 0.60 Rend. = 1.0901 CU−0.104 R2 = 0.70

0.40 0.20 0.00

1.00

0.75

Coeficiente de uniformidad relativo (adimensional)

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Coeficiente de uniformidad relativo (adimensional)

Figura 3. Modelo de impacto de los sistemas de riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral en el rendimiento. Figure 3. Model of the impact of the portable sprinkler and side-roll irrigation systems on yield.

2.21 unidades; para los sistemas de riego por aspersión por desplazamiento lateral, por cada unidad que aumenta el coeficiente de uniformidad, el rendimiento se incrementa 1.09 unidades. Sistemas de riego por goteo De los sistemas de riego por goteo evaluados (Cuadro 7), aproximadamente 90% tuvieron un coeficiente de uniformidad de Karmeli y Keller menor a 90%, que es el límite mínimo para considerar una uniformidad de riego aceptable (Karmeli y Keller, 1975). Por tanto, tienen una distribución de riego inadecuada, debido a problemas semejantes a los encontrados en riego por aspersión. El otro 10% del total de los sistemas de riego por goteo tuvieron un coeficiente de uniformidad mayor a 90%, que indica una satisfactoria distribución del agua sobre el terreno.

limit for considering an acceptable irrigation uniformity (Karmeli and Keller, 1975). Therefore, this irrigation distribution is inadequate, and is a result of problems similar to those found in sprinkler irrigation. The other 10% of the total of drip irrigation systems presented a uniformity coefficient of over 90%, which indicates a satisfactory distribution of water over the land. The total value of the crop production with the drip irrigation systems is in function of the yields and of the uniformity coefficients for each crop as shown in Table 7. Consequently, the sites with the best uniformity coefficient achieved a greater value of total production. In Figures 4 and 5, it can be observed that the relative productivity of water and land was high in function of the maximum obtained for this crop, due to the fact that the crop yields were high. In Table 8 it is shown the confidence interval (95%) for the estimated mean of the uniformity coefficient of

Cuadro 7. Coeficientes de uniformidad y valores de producción total en los sistemas de irrigación por goteo. Table 7. Uniformity coefficients and total production values in drip irrigation systems. Sitio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 † ¶

Cultivo Frijol-1 Frijol-2 Jitomate-1 Jitomate-2 Jitomate-3 Jitomate-4 Calabaza-1 Calabaza-2 Chile húngaro-1 Chile húngaro-2

CU† (%)

Volumen total (m3)

80.97 81.80 82.76 81.90 90.32 85.14 78.20 81.30 85.19 83.17

19 22 70 50 38 43 14 21 49 35

958.40 275.00 200.00 490.00 880.00 200.00 850.00 600.00 140.00 280.00

Rendimiento (t ha−1)

Precio¶ ($ t−1)

Cortes por ciclo

3.5 4 55 75 105 80 30 40 15 14

$4000 $4000 $1750 $1750 $1750 $1750 $1400 $1400 $10 000 $10 000

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

CU = coeficiente de uniformidad de Karmeli y Keller. Los precios del producto del cultivo son del año 2000, cuando se hizo la evaluación.

Producción del cultivo ($ ha−1) $14 $16 $96 $131 $183 $140 $42 $56 $150 $140

000 000 250 250 750 000 000 000 000 000

BUENDÍA-ESPINOZA et al.: SISTEMAS DE RIEGO PRESURIZADOS Y PRODUCTIVIDAD DE CULTIVOS

14.00 11.67

11.67

12.00

10.50

10.00 8.00

8.75

9.33 10.00

6.09

6.00 4.00

Cultivo

Chile Hung

Chile Hung

Calabaza-2

0.00

2.00 2.29 Calabaza-1

2.00

Jitomate-4

Chile Hung

Chile Hung

Calabaza-2

Calabaza-1

Jitomate-4

Jitomate-3

Jitomate-2

Jitomate-1

0.70 0.72

18.00 16.00

Jitomate-3

2.59

1.99

Frijol-2

0.00

3.05

18.38

Jitomate-2

2.60

2.00 1.00

2.83

Goteo 20.00

Jitomate-1

3.24 3.00

The uniformity coefficients calculated for the irrigation systems (portable sprinkler, side-roll and drip) evaluated were low, which indicates that their operation and maintenance was deficient. The regression models showed that a higher uniformity coefficient of water distribution in the three irrigation systems implies greater yields. The water productivity of the zone was low with the portable sprinkler and side-roll irrigation systems, and was high in those of drip irrigation. The land

Frijol-2

4.00

Frijol-1

Productividad del agua, ($ m−3)

3.97

CONCLUSIONS

Frijol-1

Goteo 4.73

5.00

the sample, which has a discrepancy of ±2.33% with respect to the sample mean (83.23%). Therefore, the observations were homogeneous and, consequently, the the sample size was adequate.

Productividad de la tierra, (Miles de $ ha−1)

En el Cuadro 7 se muestra que el valor total de la producción de los cultivos con los sistemas de riego por goteo está en función de los rendimientos y de los coeficientes de uniformidad para cada cultivo. Por tanto, los sitios con mejor coeficiente de uniformidad tuvieron un mayor valor de producción total. En las Figuras 4 y 5 se observa que la productividad relativa del agua y de la tierra en función del máximo obtenido en ese cultivo fue alta, debido a que los rendimientos de los cultivos también lo fueron. En el Cuadro 8 se muestra el intervalo de confianza al 95% para la media estimada del coeficiente de uniformidad de la muestra, que tiene una discrepancia de ±2.33% respecto a la media de la muestra (83.23%). Por tanto, las observaciones fueron homogéneas y el tamaño de muestra fue adecuado.

485

Cultivo

Figura 4. Productividad del agua en riego por goteo. Figure 4. Water productivity in drip irrigation.

Figura 5. Productividad de la tierra en riego por goteo. Figure 5. Land productivity in drip irrigation.

Cuadro 8. Cálculo del intervalo de confianza del coeficiente de uniformidad en sistemas de riego por goteo. Table 8. Calculation of the confidence interval of the uniformity coefficient in drip irrigation systems. Núm. Sitio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 †

Cultivo

CUC† (%)

Frijol-1 Frijol-2 Jitomate-1 Jitomate-2 Jitomate-3 Jitomate-4 Calabaza-1 Calabaza-2 Chile húngaro-1 Chile húngaro-2

80.97 81.80 82.76 81.90 90.32 85.14 78.20 81.30 85.19 83.17

CU: Coeficiente de uniformidad de Karmeli y Keller.

Estimadores estadísticos de la muestra

Media Y = 83.08 Varianza S2 = 10.63 Desviación estándar S = 3.26

Intervalo de confianza (1−α)100% para el CUC

El intervalo con 95% de confiabilidad es 83.08 ± 2.33

486

AGROCIENCIA VOLUMEN 38, NÚMERO 5, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2004

CONCLUSIONES Los coeficientes de uniformidad calculados para los sistemas de riego (aspersión portátil, desplazamiento lateral y goteo) evaluados fueron bajos, lo cual indica que su operación y mantenimiento fue deficiente. Los modelos de regresión mostraron que un mayor coeficiente de uniformidad de distribución del agua en los tres sistemas de riego implica mayores rendimientos. La productividad del agua de la zona fue baja con los sistemas de riego por aspersión portátil y por desplazamiento lateral, y fue alta con irrigación por goteo. La productividad de la tierra de la zona fue baja con los sistemas de irrigación por aspersión portátil y por desplazamiento lateral, y fue alta con goteo.

LITERATURA CITADA ANSI/ASAE S330.1. 1991. Procedure for sprinkler distributions testing for research purposes. ASAE standards. 592-593. Bralts V. F., I. P. Wu, and H. M. Gitlin. 1981. Drip irrigation uniformity considering emitter plugging. Transactions of the ASAE 24(5): 1234-1440. Christiansen, J. E. 1942. Irrigation by Sprinkling. Bulletin 670. University of California. Agricultural Experimental Station. Berkeley, California. 124 p. Gohring T. R., and W. W. Wallender. 1987. Economics of sprinkler irrigation systems. Transactions of the ASAE 30(4):1083-1089. Goldhamer A. A., and R. L. Snyder. 1989. Irrigation Scheduling. A Guide for Efficient On-Farm Water Management. University of

productivity of the zone was low with the portable sprinkler and side-roll systems, and high with drip irrigation systems. —End of the English version—




 California, Division of Agriculture and Natural Resources 6701 San Pablo Avenue Oakland, California 94608-1239. pp: 39-44. Karmeli, D., and J. Keller. 1975. Trickle Irrigation Design. Edited and Published by Raind Bird Sprinkler Manufacturing Corporation, Glendora, California, 91740, U.S.A. 133 p. Louie M. J., and J. S. Selker. 2000. Sprinkler head maintenance effects on water application uniformity. J. Irrigation and Drain. Div., ASCE. 126(3): 142-148. Sammis T. W., and I. P. Wu. 1985. Effect of drip irrigation design and management on crop yield. Transactions of the ASAE 28(3): 832838. Soares A. A., L. S.Willardson, and J. Keller. 1991. Surface-slope effects on sprinkler uniformity. J. Irrigation an Drain. Div. ASCE 117(6): 870-880. Tajrishy M. A., D. J. Hills, and G. Tchobanoglous. 1994. Pretreatment of secondary effluent for drip irrigation. J. Irrigation and Drain. Div. ASCE 120(4): 716-731. Tarjuelo J. M., M. V. Gómez, and J. L. Pardo. 1992. Conditions of sprinkler to optimize application of water. J. Irrigation and Drain. Div. ASCE 118(6): 895-913. Vermeiren L., y G. A. Jobling. 1986. Riego Localizado, Estudio FAO Riego y Drenaje 36. Editorial FAO, Roma. pp: 42-180.