CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL NORTE-CENTRO C A M P O E X P E R I M E N TA L D E L I C I A S Folleto científico No. 4

Noviembre 2007

Requerimientos hídricos y manejo del agua de riego en cultivos forrajeros Rodolfo Jasso Ibarra(1) Rodolfo Faz Contreras(2) Mario Berzoza Martínez(1) Noé Chávez Sánchez(1) Gregorio Núñez Hernández(2) Gamaliel Orozco Hernández(1) (1) (2)

Investigadores del Campo Experimental Delicias, CIRNOC-INIFAP Investigadores del Campo Experimental La Laguna, CIRNOC-INIFAP

Requerimientos hídricos y manejo del agua de riego en cultivos forrajeros

SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN Alberto Cárdenas Jiménez Secretario INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRÍCOLAS Y PECUARIAS Dr. Pedro Brajcich Gallegos Director General Dr. Enrique Astengo López Coordinación de Planeación y Desarrollo Dr. Salvador Fernández Rivera Coordinación de Investigación y Vinculación Lic. Marcial A. García Morfeo Coordinación de Administración y Sistemas CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL NORTE-CENTRO Dr. Homero Salinas González Director Regional Dr. Héctor Mario Quiroga Garza Director de Investigación M.C. Antonio Chávez Silva Director de Coordinación y Vinculación Chihuahua CAMPO EXPERIMENTAL DELICIAS Ing. Gamaliel Orozco Hernández Jefe de Campo

DERECHOS RESERVADOS c Rodolfo Jasso Ibarra, 2007 km 2 carretera Delicias-Rosales Apartado postal 81 Cd. Delicias, Chihuahua, México, CP 33000 Tel. 01(639) 472-19-74 www.inifap.chihuahua.gob.mx c Campo Experimental Delicias, 2007 ISBN 978 -970-43-0238-2

Contenido:

Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Evapotranspiración y otros requerimientos de riego . . . . . . . . . . . . . 12 Manejo de los cultivos forrajeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Caracterización espacial y temporal de la evaporación . . . . . . . . . . 24 Predictibilidad de la evaporación y precipitación . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Validación de las estimaciones de evapotranspiración. . . . . . . . . . . 34 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Literatura Citada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Los autores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Resumen La tecnología de manejo del agua de riego se fundamenta en la medición o estimación de los requerimientos de agua para satisfacer las demandas fisiológicas de los cultivos de tal forma que se aseguren niveles de rentabilidad atractivos. Cuando el agua de riego es de calidad marginal es necesario aplicar cantidades adicionales de riego para realizar el lavado de las sales excesivas. Otro componente del riego son las pérdidas por aplicación irregular a lo largo del terreno y por la conducción desde la fuente hasta el sitio de uso. La precipitación, aunque reducida es una aportación que reduce la cantidad total de agua de riego, especialmente si no se produce escurrimiento superficial hacia fuera del área de cultivo. Aunque son varios los factores ambientales que determinan la evaporación desde el suelo y las superficies vegetales, la tasa de evaporación libre medida en un tanque evaporímetro Tipo “A” permite estimar la demanda fisiológica de agua y a partir de ello los restantes componentes de los requerimientos de riego. La aplicación del riego puede estar basada en mediciones a tiempo real de la evaporación o en un patrón definido previamente de la tasa evaporativa. En el presente reporte se plantea la estimación de requerimientos de riego de manera fraccionada en el ciclo del cultivo a partir de registros de evaporación tipificados como de alta, media y baja demanda evaporativa. La contribución más importante es la posibilidad de pronosticar esos patrones en diferentes regiones agrícolas a partir de la fluctuación de la temperatura del Océano Pacífico intertropical, generando los requerimientos hídricos de acuerdo a diferentes escenarios de tecnología y calidad del agua de riego. Las regiones incluidas son: Delicias, La Laguna, y Aguascalientes; los cultivos: alfalfa, ballico anual, maíz y sorgo forrajeros, avena, trigo y triticale; y los sistemas de riego: melgas, aspersión, goteo superficial y subterráneo o profundo, sistemas de conducción del agua, canales sin revestir, revestidos y tubería de PVC, y calidad del agua de riego desde C1 hasta C4.

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Abstract technology of irrigation water management is based on estimates or measurement of crop physiological requirements to ensure attractive profitability. When water quality is low, additional amounts are required to leach excessive salts. Other component of irrigation is water loss because of the irregular application along the land and the conduction from the water source to the field. Rainfall, even that is relatively small, allows users to reduce total irrigation requirements, specially if no runoff occurs out the crop field. Despite several environmental factors determine evaporation from soil and plant surfaces, evaporation from a Type “A” pan measurements allows to estimate physiological water demand and then other components of irrigation water requirements. Irrigation application may be based on real time measurements or on a defined pattern of the evaporation rate. In this report is described monthly-based estimation of irrigation water requirements from annual patterns of evaporation, named high, normal or low demand. The most important contribution is the ability to predict those patterns in three agricultural regions where forage crops dominate the production system. These predictions are based on the surface temperature of the inter tropical Pacific Ocean, to estimate the irrigation water requirements for diverse irrigation technology and water quality. The included regions are Delicias, Chihuahua, La Laguna, and Aguascalientes. The crops are alfalfa, rye grass, forage corn, sorghum, oat, wheat and triticale. Irrigation methods include flooding, sprinker, surface and subsurface drip; water transfer by bare and concrete channels, and PVC tile. Water quality ranges from C1 to C4 class according to electric conductivity.

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Introducción Las tres cuencas lecheras más importantes del país se localizan en la Comarca Lagunera (Coahuila y Durango), Delicias en Chihuahua y Aguascalientes cuyo insumo principal es el forraje en sus diversas formas, como ensilados, heno, y concentrados entre otras. Además de la demanda local, en estas regiones se produce forraje para otros estados como Guanajuato, Hidalgo, Jalisco, Puebla y Querétaro. Tanto la calidad como el rendimiento unitario del forraje dependen del suministro de riego. El riego de los cultivos agrícolas es una práctica de manejo necesaria en los ambientes áridos del Norte de México que cumple varios objetivos a la vez: Dada la reducida y errática precipitación pluvial durante el ciclo de cultivo, se hace necesario aplicar riegos cuya lámina y frecuencia dependen de factores ambientales y de manejo. Los factores ambientales incluyen parámetros climáticos como radiación solar, temperatura, humedad relativa, y velocidad del viento que determinan la intensidad del proceso evaporativo desde las superficies vegetales, tanto cuticulares como sub-estomáticas. Por lo tanto, la cantidad de agua que se evapora desde un dispositivo típico tal como el tanque evaporímetro Tipo “A” puede servir como indicador de la cantidad de agua que se evapora desde las estructuras vegetales. Otros factores ambientales relacionados con el riego son las características de disponibilidad y flujo de agua en el suelo. Los límites máximo de retención, o capacidad de campo y mínimo de disponibilidad o punto de marchitez permanente definen la capacidad del suelo para suplir de agua las demandas del cultivo, sin embargo la velocidad de flujo desde las partículas de suelo hasta las superficies de las raíces o conductividad hidráulica puede restringir la hidratación de los tejidos vegetales. Estas características, dependen directamente de la composición textural y el contenido de materia orgánica, sodio, calcio y otros minerales del suelo. Los factores de manejo relacionados con la práctica del riego varían desde el material genético seleccionado, en cuanto a su porte, área y

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velocidad de desarrollo foliar, sensibilidad a la condición de humedad del suelo y factores correlacionados como la disponibilidad de nutrientes, y salinidad del suelo, entre otros. Otros factores de manejo incluyen las fechas de siembra (o trasplante, según el caso) y cosecha, método de riego y control fitosanitario en general. Evidentemente un cultivo con alta densidad de follaje, como es el caso de los cultivos forrajeros alfalfa, maíz, sorgo, avena, trigo, triticale, y ballico presenta una gran superficie evaporativa, siempre y cuando no tenga restricciones de nutrientes o daños por plagas y/o enfermedades. Entre mayor sea la densidad de follaje, generalmente expresada como índice de área foliar, mayor es la proporcionalidad entre el consumo de agua del cultivo y la evaporación que se mide en un tanque Tipo “A” y puede ser de 1.0 (Shuttleworth, 1993), aunque algunos trabajos muestran valores ligeramente mayores en ambientes de baja humedad relativa (Faz, 2002). Los métodos de riego superficiales en general presentan las más bajas eficiencias de aplicación, mientras que los presurizados lo opuesto, sin que ninguno de ellos alcance el cien por ciento de eficiencia. Esto significa, que se requiere aplicar cantidades de agua adicionales a la demanda fisiológica del cultivo debido a la eficiencia del método de riego, entre menor es la eficiencia, mayor es la cantidad de agua necesaria por este concepto. Además de satisfacer la demanda hídrica de los cultivos para mantener niveles de productividad rentables, otros objetivos del riego es lixiviar el exceso de sales solubles a niveles de profundidad del perfil del suelo fuera de la influencia de las raíces y esto depende de la cantidad de sales presentes y de la cantidad de sales del agua de riego. El parámetro indicador de salinidad tanto en suelos como en el agua de riego es la Conductividad Eléctrica. Los requerimientos de riego para lavado de sales son proporcionales a la diferencia de salinidad del suelo y el agua de riego. Los suelos y aguas de los ambientes áridos de México tienen una fuerte incidencia de niveles de salinidad que pueden afectar la capacidad productiva de los cultivos.

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En condiciones de temperaturas extremas, el riego puede mitigar los efectos adversos sobre el cultivo dada la alta capacidad de asimilación y liberación de calor del agua. Los cultivos en suelo húmedo pueden soportar altas temperaturas o temperaturas congelantes sin que los tejidos vegetales muestren el daño por calor o helada, respectivamente. De acuerdo con lo anterior, los requerimientos hídricos de los cultivos en general y de las especies forrajeras en particular, están determinadas por la demanda evaporativa atmosférica, la eficiencia del método de riego, las características de crecimiento del cultivo y las condiciones de salinidad del suelo y el agua de riego. Estos requerimientos se satisfacen mediante aplicaciones de riego y aportaciones de lluvia. Los parámetros edáficos son fundamentales para diseñar estrategias de manejo del cultivo, suelo y agua de riego que le permitan al agricultor mantener niveles de rentabilidad atractivos. Los factores mencionados se pueden clasificar como controlables y no controlables. Los primeros incluyen la eficiencia del método de riego, el manejo del cultivo, la salinidad del suelo y probablemente la del agua de riego, mientras que los segundos incluyen la demanda evaporativa atmosférica, precipitación y las características de disponibilidad y flujo de agua del suelo. Mientras que los parámetros del suelo se pueden considerar semi-estables aunque con importantes variaciones espaciales, los parámetros ambientales que determinan la demanda evaporativa atmosférica son altamente aleatorios y dinámicos, aunque con pequeñas variaciones en el espacio. El manejo del agua a escala regional se basa en la estimación de los requerimientos hídricos de los cultivos, generalmente esta estimación se realiza a partir de datos históricos homogéneos (Bautista et al., 2005); una mejor aproximación es considerando la variabilidad espacial (Unland et al., 2003). En ambos casos no se consimanera que los agricultores puedan saber con anticipación si un determinado ciclo agrícola será de alta, media o baja demanda de agua. Una etapa posterior es el pronóstico del riego en tiempo real (Catalán et al., 2005; Ojeda et al., 1999) que permite afinar las decisiones durante el ciclo del cultivo.

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manera que los agricultores puedan saber con anticipación si un determinado ciclo agrícola será de alta, media o baja demanda de agua. Una etapa posterior es el pronóstico del riego en tiempo real (Catalán et al., 2005; Ojeda et al., 1999) que permite afinar las decisiones durante el ciclo del cultivo. Si se logra pronosticar un ciclo agrícola de demanda hídrica alta, media o baja es posible optimizar el sistema de producción por dos caminos: Por un lado, planear la superficie a manejar de acuerdo a la disponibilidad de agua en el predio sin reducción del rendimiento y/o calidad. Por otro lado, se puede estimar el rendimiento de acuerdo al grado de estrés que se desarrollará debido a las limitaciones para satisfacer las demandas hídricas del cultivo y definir prácticas de manejo que mitiguen los efectos adversos. Todas las decisiones que emergen de este esquema de decisiones es el manejo del recurso que se deriva de la demanda hídrica que impone la variabilidad climática. El presente documento es un esfuerzo hacia la optimización de decisiones de manejo del agua de riego en cultivos forrajeros en el Norte de México, a partir de la tipificación de la demanda evaporativa del ambiente y el resto de factores que inciden en los requerimientos de riego de los cultivos forrajeros. Se describe de manera simplificada el cálculo de las demandas evaporativas, de lavado de sales y pérdidas por la aplicación y conducción del agua de riego, la relación entre el fenómeno El Niño Oscilación del Sur y la variación temporal de la evaporación y precipitación, así como la posibilidad de pronosticarlas con un año de anticipación. Se presenta un análisis comparativo entre valores simulados y los observados del consumo de agua por los cultivos en escenarios de manejo muy variados, y finalmente, se discute la importancia relativa de los factores que determinan los requerimientos hídricos por los forrajes cultivados.

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Evapotranspiración y otros requerimientos de riego El flujo de agua desde el suelo y cualquier superficie vegetal hacia la atmósfera en su conjunto se define como evapotranspiración. Si estos procesos ocurren desde una superficie uniforme de alfalfa o pasto, que cubra completamente el suelo y no esté sometida a algún factor estresante, incluyendo la humedad del suelo, se denomina evapotranspiración potencial o evapotranspiración de referencia. Esas mismas condiciones pero para cualquier otro cultivo definen la evapotranspiración máxima. En la práctica generalmente se desarrollan condiciones que restringen el flujo de agua hacia la atmósfera, por lo tanto, la evapotranspiración actual o real es la suma de valores de flujo de agua desde el suelo y cultivo hacia la atmósfera en una condición particular ambiental y de manejo. Existe una gran cantidad de reportes científicos que permiten calcular la evapotranspiración (Hatfield, 1990) a partir de variables ambientales, algunos basados en leyes físicas de balance de energía, con altos requerimientos de datos y alta extrapolabilidad; mientras que otros son empíricos, con bajos requerimientos de datos pero con limitada capacidad de extrapolación. De todos ellos, el más simple y práctico es el basado en la evaporación que se mide en un tanque evaporímetro Tipo “A” (Samani y Dessarakli, 1986; Shuttleworth, 1993) que se expresa de la siguiente manera: ET = Ki Eo

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Donde ET es la evapotranspiración, Eo es la evaporación libre desde un tanque Tipo “A”, ambas en milímetros para un período de 24 horas. Ki es un factor de proporcionalidad llamado coeficiente de evaporación. El valor de Ki involucra el coeficiente de desarrollo del cultivo (Kc) y el coeficiente de tanque (Kt) en forma multiplicativa. El producto de Kt y Eo se reconoce por algunas fuentes bibliográficas como Evapotranspiración de referencia, por lo que al incorporar Kc se obtiene la evapotranspiración máxima de un cultivo en particular. Generalmente el producto de Kt y Ki se determina con pruebas de campo en las que se mide el consumo de agua

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por un cultivo sin restricciones de humedad del suelo y los valores de evaporación a intervalos de tiempo cortos durante el ciclo del cultivo (Figuras 1 y 2).

1.4

Ki = Etr/Eo

1.2 1 0.8 0.6 0.4

y = -6E-06x 3 + 0.0007x 2 - 0.0055x + 0.3 R2 = 0.7211

0.2 0 0

20

40

60

80

100

Tiempo (dds)

1.4

Ki = Etr/Eo

1.2 1 0.8 0.6 0.4

y = -2E-06x 3 + 0. R2

0.2 0 0

20

40

60

Tiempo (dds)

Figura 1. Variación del factor de evaporación (Ki) para estimar evapotranspiración real de Maíz (superior) y Sorgo (inferior) con riego por superficie (Adaptado de Faz, 2002).

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Figura 2. Variación del factor de evaporación (Ki) para estimar evapotranspiración real de cereales de invierno con una curva “única” (Adaptado de Faz, 2002). 1.2

Ki = Etr/Eo

Los datos de la Figura 1 incluyen muestreos durante 1997, 1998 y 1999 y tratamientos con tres y cuatro riegos 1de auxilio, en los que no se detectó diferencia significativa tanto en el consumo como en el rendimiento de materia seca, por lo que los valores de0.8 la ecuación en dicha figura pueden usarse para estimaciones de evapotranspiración real en cualquiera 0.6 de esas condiciones. Por su parte, los datos de la Figura 2 incluyen sólo los de muestreos en tratamientos con cuatro 0.4riegos de auxilio en 1997 y 1998, debido a que los de tres riegos mostraron valores y = -5E-05x 2 + 0.01 0.2 considerablemente inferiores. Por ello, la ecuación permite estimar la R2 = 0.68 evapotranspiración real del cultivo en condiciones de cuatro riegos de 0 auxilio, que podría ser muy aproximada a la evapotranspiración máxima 0 20 40 60 80 del cultivo con riego por superficie. tiempo, dds

La modelación de Ki sugiere valores de Kt entre 0.75 y 0.85 para las condiciones típicas de las regiones áridas de México (Shuttleworth, 1993); mientras que los valores de Kc a través del ciclo requieren la también

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definición de cuatro etapas en el desarrollo del cultivo. La primera corresponde al período comprendido desde la siembra hasta el inicio del crecimiento acelerado, con un valor constante, Kc(1) entre 0.2 y 0.4 que depende del intervalo de riegos o de la frecuencia de lluvias mayores a 10 mm. La segunda etapa corresponde al período de crecimiento acelerado con un incremento de Kc en forma lineal hasta un valor máximo Kc(3) constante durante la fase de cobertura completa pero antes de madurez fisiológica (tercera etapa). Kc(3) depende del cultivo, humedad relativa y velocidad del viento. La cuarta etapa comprende el período de madurez con una reducción lineal hasta un valor final que varía con la especie y las condiciones de humedad relativa y velocidad del viento predominante. Los valores de Kc se pueden modelar en forma continua durante el ciclo de cultivo a partir de los datos cardinales que se presentan en el Cuadro 1. Cuadro 1. Valores cardinales de Kc en cuatro cultivos forrajeros (Adaptado de Shuttleworth, 1993) Cultivo

Duración Duración relativa de las fases Kc(1) Kc(3) Kc(4) del ciclo, d de desarrollo 1 a 4

Maíz ( * ) 105,110 0.23 0.29 0.37 0.11 0.4 Sorgo ( ** ) 115,80 0.16 0.27 0.33 0.24 0.4 120 Trigo 0.12 0.20 0.44 0.24 0.4 Avena 120 0.12 0.20 0.44 0.24 0.4 (*) La duración del ciclo es para primavera y verano respectivamente (**) Tiempo a primer y segundo corte de forraje respectivamente.

1.20 1.15 1.20 1.20

1.10 0.50 0.80 0.80

Para el caso de la alfalfa, Gutjens (1990), presenta los valores de Kc y Kt entre marzo y octubre, que multiplicados generan los datos que se muestran en el Cuadro 2. Por otra parte, las Figuras 1 y 2 presentan la variación de dicho valor a través del ciclo de cultivo en maíz y sorgo forrajeros y de cereales de invierno. Dada la similitud en los valores entre avena y trigo se utilizó una curva “única” para ambos cultivos y se aplicó también para triticale, debido a la semejanza en la estructura del dosel y su respuesta evaporativa a las variables ambientales. Shuttleworth (1993)

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presenta valores idénticos para avena y trigo. Algunas pruebas de simulación con los datos del Cuadro 2 y la Figura 1 mostraron un grado de ajuste aceptable, no así los de la Figura 2 con los que se observó subestimación de más de un 30 por ciento en relación con los datos medidos de varios experimentos. Lo anterior, motivó a derivar una ecuación para estos cultivos a partir de los datos del Cuadro 1 con resultados más congruentes. Dicha ecuación expresa: Ki = 0.3 + 0.0213 (t) – 0.0001 (t)2 –0.0000002 (t)3

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Donde Ki es el factor de evaporación (adimensional) y t es tiempo en días después de la siembra. Cuadro 2. Variación del coeficiente de evaporación (Ki) para estimar evapotranspiración real de Alfalfa (Adaptado de Guitjens, 1990). Mes Kt

E

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D Comentarios

0.5 0.8 0.9 1.0 0.9 0.7 0.7 0.7 0.5

Se puede aplicar 0.5 en los meses en blanco.

En el caso del Ballico anual, no existen referencias similares a las presentadas y dadas las características de crecimiento, se tomaron en cuenta los valores cardinales del trigo y avena Kc(1) y Kc(3) del Cuadro 1 para 80 (primer corte) y 30 días (cortes subsecuentes) en una ecuación cuadrática que se expresan de la siguiente forma: Ki=0.3+0.0221(t)–0.0001(t)2

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Ki=0.3+0.0518(t)–0.0007(t)2

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Los valores de los Cuadros 1 y 2, de las ecuaciones de la Figura 1 y de las ecuaciones 2, 3 y 4 son aplicables a cultivos con riego superficial (RS), en los que la contribución de la evaporación desde el suelo es

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importante sólo en los primeros 5 a 10 días después de un riego y antes de que el cultivo cubra por completo la superficie. Además, conforme se va consumiendo el agua del suelo se incrementa la tensión de humedad y la conductividad hidráulica se reduce drásticamente (Saxton et al., 1986) lo cual se traduce en cierre de estomas, enrollamiento de hojas y otras respuestas al estrés hídrico que afectan tanto la transpiración como la asimilación de CO2 (Levitt, 1972; Gardner et al., 1985; Kirkham, 1990). De acuerdo con lo anterior, Rivera et al., (2001), Cadena (2002) y Figueroa et al., (2003) muestran un efecto positivo de los sistemas de riego de alta frecuencia sobre el cociente entre la producción de materia seca y el uso de agua en alfalfa.

En los casos de riego presurizado se crean condiciones de alto contenido de humedad del suelo que estimulan un mayor flujo de agua tanto por transpiración como por evaporación directa, aunque esto último no ocurre en sistemas de aplicación donde los emisores están bajo la superficie. Por lo tanto, las estimaciones de evapotranspiración a partir de los Cuadros 1 y 2, Figura 1 y Ecuación 2 podrían ser 20 a 30 por ciento mayores en sistemas de riego por aspersión (RA) y goteo superficial (RG), pero 20 a 30 por ciento menores en sistemas de riego por goteo subsuperficial (RGS). Estos valores son congruentes con los reportados por Montemayor et al., (2004) en maíz y Montemayor et al., (2005); Marcos et al., (2003) y Godoy (2003) en alfalfa. La cantidad de agua por aplicar sobre el terreno sólo para abastecer los requerimientos hídricos, es el cociente entre la evapotranspiración acumulada y el producto de la eficiencia de aplicación del sistema y la eficiencia de conducción (en fracción). Los sistemas de riego superficiales tienen eficiencia de aplicación que varía de 0.6 a 0.8 mientras que los sistemas presurizados, de 0.7 a 0.9 (Moreno et al., 2000). En las Figuras 3 a 5 se ilustran los tres métodos de riego más comunes.

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Figura 3. Riego por superficie con derivación por sifones desde un canal sin revestir y presencia de maleza.

Figura 4. Riego por aspersión altamente tecnificado con tendencia creciente en su superficie en el norte de México.

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Figura 5. Riego por goteo subsuperficial en alfalfa con alta eficiencia de conducción, aplicación y de aprovechamiento del agua.

Las pérdidas de agua en la red de distribución dependen del material del sistema, el gasto disponible y la distancia para conducción. Los materiales más comunes son suelo del predio, concreto y PVC; mientras que, el gasto más común en predios del norte del país es de 60 litros por segundo. Para estas condiciones, la eficiencia de conducción (EC), en fracción se calcula: EC = [Qo – (Qp) (D)] / Qo

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Donde Qo es el gasto disponible y Qp es el gasto que se pierde por cada kilómetro de red de conducción, en litros por segundo (lps) y D es la distancia desde la fuente hasta el sitio de uso, en kilómetros. Moreno et al., (2000) reportan valores de Qp de 17 lps en acequias de suelo local, 10 lps en canales de concreto, 9 lps en tuberías de concreto y 1 lps en tuberías de PVC, para un valor de Qo de 60 lps. Debe notarse que, si el gasto

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disponible es diferente a 60 lps no se puede aplicar este procedimiento, además de que las pérdidas en acequias dependen fuertemente de la textura y otras condiciones como presencia de maleza, por lo que es recomendable hacer una evaluación particular de la eficiencia de conducción a fin de obtener estimaciones cercanas a la realidad sobre la demanda total de agua de riego. La tecnología de vanguardia en riego de cultivos agrícolas permite aplicar las cantidades de agua necesarias de acuerdo a los requerimientos hídricos de los cultivos que puede ocasionar acumulación de sales si se utiliza agua salina. Para contrarrestar este efecto, es necesario aplicar una cantidad adicional de agua de riego de manera que se pueda realizar el lavado de sales. La lámina total de riego (LR, mm) será entonces: LR = (LL + Kt Eo) / [(EA) (EC)]

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Donde LL es la lámina de lavado, mm; KtEo es la evapotranspiración del cultivo, mm; EA y EC son las eficiencias de aplicación y conducción respectivamente, adimensional. La lámina de lavado se calcula a partir de la salinidad (expresada como conductividad eléctrica) del agua de riego (CEar), y la salinidad del suelo tolerable por el cultivo (CEc), en dS m-1 (deci Siemens por metro) para riego superficial y presurizado respectivamente (Roades y Loveday, 1990) de acuerdo con las ecuaciones siguientes:

LL=(Kt)(Eo)[0.3086(CEc/CEar)-1.702]

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LL=(Kt)(Eo)[0.1794(CEc/CEar)-3.0417]

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Existen otras ecuaciones que consideran solo la salinidad del suelo y agua de riego (Richards, 1954), o son muy generales respecto a la frecuencia de riego (Palomo et al., 2004), las que se presentan aquí tienen una mejor aplicación porque consideran el régimen de humead del suelo que produce el método de riego y el valor crítico de conductividad eléctrica

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en el que el cultivo comienza a reducir su rendimiento. La salinidad del suelo puede ser endémica (natural) por el origen lacustre de muchos suelos del norte del país, o inducida por el uso de agua de riego de calidad marginal, especialmente en condiciones de riego deficitario o altamente eficiente en su aplicación, por ello es necesario que los agricultores cuenten con análisis de la condición de salinidad del suelo y agua de riego. Respecto a la tolerancia de los cultivos a la salinidad, cada especie tiene su nivel crítico, por ejemplo la alfalfa reduce significativamente su rendimiento en suelos con CEes igual o mayor a 2.0 dS m-1; el maíz 1.8, el trigo 4.5, la avena 2.6, triticale 6.5, ballico 5.6 y el sorgo 6.8 (Roades y Loveday, 1990; Chávez et al., 2005). Los valores anteriores de CEes se pueden utilizar como CEc en las ecuaciones con que se calcula la lámina de lavado (LL) para ciclos homogéneos. En el caso de ciclos con cultivos alternantes, el valor de CEc puede ser el valor ponderado por cultivo y la duración de cada ciclo de cultivo. Los requerimientos de riego por concepto de salinidad es un tema emergente en las regiones productoras de forrajes como La Laguna, Delicias y Aguascalientes debido a que la salinidad-sodicidad del agua subterránea y del suelo en muchos casos ya presenta niveles preocupantes como se ha mostrado en algunas publicaciones recientes. Rivera y Orona (2002) muestran una amplia base de datos que incluye diez municipios de la Comarca Lagunera en la que la media por municipio varía de 1.0 a 2.7 dS m-1; esto significa que en promedio, el agua subterránea varía de clase C3 a C4, de alto riesgo de salinización de los suelos agrícolas. Jasso et al., (2005) mostraron que la salinidad del agua subterránea tiende a incrementarse a medida que los pozos se alejan del cauce natural del río Nazas en la misma región; también muestran que en el estado de Chihuahua el agua subterránea más salina se observa hacia la parte sur del estado, donde se concentran las mayores superficies agrícolas de forrajes y frutales. Santamaría et al., (2002) muestran concordancia entre la salinidad del suelo y la del agua de riego en un modelo espacial del Distrito de

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Riego 017 Comarca Lagunera, donde la presencia de sales en el agua y suelo puede reducir de un 20 a 40 por ciento el rendimiento potencial de la alfalfa y se requiere de un 20 a 40 por ciento de agua para el lavado de dichas sales, en un 25 por ciento de la superficie total del distrito. Este problema se acentúa mayormente en las áreas al norte, distantes del cauce natural del río Nazas y es en esa zona donde la alfalfa ha mostrado la mayor expansión en superficie (Jiménez y Martínez, 2003). Debe recomendarse, por un lado que el riego con baja efiencia de aplicación proporciona ese excedente en la mayor parte del área de cultivo por lo que sería necesario aplicar laminas para lavado de sales; por otra parte, se asume que la lámina de lavado lixiviará las sales a estratos inferiores de la zona radicular. Esto sólo será posible si el agua de riego es de muy baja salinidad (CE < 0.5 ds m-1) y el suelo es muy permeable. de lo contrario, el sobre-riego conducirá a una mayor salinidad del suelo en los estratos superficiales del perfil. Como puede observarse, los factores que determinan los requerimientos hídricos de los cultivos son la demanda evaporativa, la eficiencia del riego y la salinidad del agua de riego y la tolerancia del cultivo a este factor. De todos ellos sólo la demanda evaporativa no se puede controlar y/o manejar por medios prácticos pero se puede alcanzar un grado aceptable de respuesta del cultivo si se logra pronosticar a corto y mediano plazo. Si es a corto plazo se denomina pronóstico a tiempo real y no es tema de la presente publicación, mientras que el pronóstico a mediano plazo produce resultados antes de un ciclo agrícola; de esto trata una sección posterior del presente documento.

Manejo de los Cultivos Forrajeros Existe una amplia documentación técnica relacionada con las prácticas de manejo de los cultivos en general y de los forrajeros en particular para cada una de las regiones involucradas. Para los fines de este documento sólo se expone lo relacionado con las fechas de siembra y duración del ciclo, así como algunos otros factores que determinan los

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requerimientos hídricos, como el número e intervalo de cortes en aquellos cultivos de cortes múltiples. Por simplicidad, sólo se detallan los datos de la Comarca Lagunera, en otras regiones del norte del país las fechas varían ligeramente. La alfalfa (Medicago sativa L.) es un cultivo perenne de cortes múltiples que se siembra en los meses de noviembre y diciembre preferentemente, aunque se puede establecer en cualquier época del año (Quiroga y Márquez, 2000). Bajo buenas prácticas de manejo del cultivo pueden realizarse cortes durante tres años, con intervalos de 40 a 60 días en el otoño e invierno y de 20 a 25 en la primavera y verano, dependiendo de la temperatura media diaria. Otro cultivo de cortes múltiples pero de ciclo anual es el Ballico o “Ryegrass” (Lolium multiflorum L.), con un período óptimo de siembra entre el 15 de septiembre y 31 de octubre. Se pueden efectuar de tres a cinco cortes con los intervalos siguientes: 70-80, 25, 25, 25, 25 días para una duración máxima del ciclo de 180 días (Farías et al., 1981). Normalmente el ciclo del cultivo termina al final del mes de abril. Los cereales de grano pequeño y hábito de crecimiento primaveral que incluyen al trigo (Triticum durum L.), triticale (X triticosecale Wittmack), y avena (Avena sativa L.) son una fuente muy importante de forraje en el invierno cuando la disponibilidad de alfalfa es muy limitada, tienen fechas de siembra y duración del ciclo similares, 15 de octubre y 110-120 días respectivamente. Generalmente se realiza sólo un corte de forraje. En primavera se siembran maíz (Zea mays L.) y sorgo (Sorghum bicolor L. Moench) forrajeros con una amplia gama de posibilidades. Por ejemplo, en la Comarca Lagunera se siembran el 1 de Abril en primavera; en el caso del maíz puede haber una segunda siembra el 1 de julio y dado el rango de temperatura ambiental, el ciclo dura 105 y 100 días respectivamente. En otras regiones, las siembras se realizan en fechas intermedias para un solo ciclo (Núñez y Faz, 2000). En el caso del sorgo, por lo general las siembras de primavera permiten realizar un corte a los

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115 días después de la siembra y un segundo corte a los 80 días después del primero. Los sistemas de producción de forraje son muy variados, desde los más simples como la alfalfa como único cultivo, hasta los más intensivos en los que se combinan alfalfa en una sección del predio y relevos en otra, con cultivos de invierno y verano de manera secuenciada o con un período de descanso intermedio. El modelo de simulación asociado al presente documento permite hacer estimaciones de los requerimientos de agua de riego de estos cultivos para cualquiera de los escenarios de manejo.

Caracterización Espacial y Temporal de la Evaporación Es de fundamental importancia el conocimiento de la tasa de evaporación en tanque Tipo “A” para estimar los requerimientos de agua de riego y definir estrategias de manejo para optimizar el uso del recurso y maximizar la rentabilidad de los cultivos. Debe reconocerse que este factor está sujeto a variaciones debidas a procesos de gran escala y procesos de escala local que en muchos casos son interdependientes, como la humedad relativa, velocidad del viento, etc. Con el objetivo de establecer la homogeneidad de esta variable entre las regiones en estudio, se compararon los datos de largo plazo para contestar las siguientes preguntas: ¿Son similares los valores de evaporación total anual entre regiones? ¿El grado de similitud es constante en el tiempo? ¿Se puede predecir un ciclo agrícola de alta, mediana o baja demanda evaporativa?. Los datos disponibles hasta la fecha son limitados pero suficientes para contestar estas preguntas al menos parcialmente. En la medida que se disponga de más datos se podrán hacer conclusiones más robustas. La disponibilidad de datos de evaporación en base diaria a lo largo del tiempo es diferente en las tres regiones. Para los casos de Delicias y La Laguna las estaciones meteorológicas presentan registros discontinuos mientras que para Aguascalientes, hay un registro continuo y representativo de la región a partir de 1965 y hasta 2002, el de la estación meteorológica

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del Campo Experimental Pabellón, con coordenadas geográficas 22°09’59" N; 102°09’33" W y 1934 msnm. La Figura 6 muestra la disponibilidad de datos en La Laguna y Delicias; las series L1 a L4 corresponden a La Comarca Lagunera y las D1 a D4 a la región de Delicias; todas a excepción de la L4 del Campo Experimental La Laguna (INIFAP) provienen del Extractor Rápido de Información Climatológica, ERIC II (Quintas, 2001). Las primeras integran una serie de datos de 1966 a 2001 en dos partes: De 1966 a 1974 tres estaciones con registros anuales incompletos que entre las tres permiten formar un registro promedio, y de 1975 a 2001 una estación con registros anuales completos y continuos. Las cuatro series de Delicias integran un registro de 1961 a 1985, todas ellas con registros anuales incompletos en mayor o menor grado, pero en su conjunto permiten formar un registro continuo con datos completos anuales. En general cada grupo de estaciones es representativo y se localizan en un área homogénea en cada región. El Cuadro 3 muestra las coordenadas geográficas de las estaciones meteorológicas referidas en la Figura 6.

14 L1 L2 L3 L4 D1 D2 D3 D4 0 1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

Tiempo, años

Figura 6. Disponibilidad de datos de evaporación en La Laguna y Delicias.

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De los totales anuales en cada serie compuesta se derivan los siguientes valores: Media de 2385, 2335 y 1957 mm y Desviación estándar de 160.9, 135.7 y 132.1 mm para Delicias, la Comarca Lagunera y Aguascalientes respectivamente, lo que indica un valor ligeramente mayor en Delicias pero menos estable que en La Laguna y ambos superiores a Aguascalientes en un 18 porciento aproximadamente. La Figura 7 muestra la fluctuación del valor anual en la que se aprecian valores altos y bajos aproximadamente en los mismos años. La coincidencia de años con valores superiores o inferiores a la media es de un 70 por ciento entre La Laguna y Delicias y de un 60 y 61 por ciento entre Aguascalientes y La Laguna y Aguascalientes y Delicias, respectivamente. Cuadro 3. Coordenadas geográficas de las estaciones meteorológicas de La Laguna y Delicias empleadas en el análisis. Estación

Clave

Latitud (Norte)

Longitud (Oeste)

L1 L2 L3 L4 D1 D2 D3 D4

CELALA 10085 5028 10108 8304 8202 8027 8044

25.53 26.17 25.77 25.50 28.18 28.18 28.18 28.20

103.34 103.48 103.23 103.37 105.45 105.67 105.50 105.43

De todos los registros, existe coincidencia en el período de 1966 a 1985, para el que se realizó una comparación utilizando la metodología de Doble Masa siguiendo los principios y procedimientos establecidos por Searcy y Hardison (1960); Brooks et al, (1993) y Jasso y Royo (2005) del que se derivan las siguientes conclusiones: La evaporación anual media en todo el registro es mayor en La Laguna que en Delicias y ambas que en Aguascalientes, a un nivel de probabilidad de 0.01. La Figura 8 muestra la curva de Doble masa entre La Laguna y Delicias y el comparativo con el valor hipotético de 1.0.

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Evaporación anual, mm

3000

2500

2000

A guascals

1500

Laguna Delicias 1000 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

Figura 7. Fluctuación de la evaporación libre medida en Tanque Tipo “A” en tres regiones productoras de forraje. No obstante que se registran las diferencias referidas anteriormente, existe una concordancia relativa en la fluctuación de valores con respecto a la media de cada región (Figura 7) y la longitud de las series permite la definición de años de demanda alta, normal y baja (DEA, DEN y DEB en la Figura 10), que en el Cuadro 4 se identifican como régimen anual. Para la serie de la Comarca Lagunera, entre 1975 y 2001 por su mayor consistencia en el tiempo y no obstante ser un registro compuesto por cuatro estaciones cercanas unas de otras, los años de alta demanda son aquellos cuyo valor es superior a la media más el valor de la desviación estándar (2470.7 mm), y éstos son 1975, 1980, 1982 y 1989. Los años de demanda baja son aquellos en los que el valor anual es menor a la media menos la desviación estándar (2199.3 mm) y éstos son 1986, 1987, 1991, 1992, 1993 y 1997. El resto (17 años) se consideran normales o de demanda intermedia. Para el caso de Delicias, los años de alta demanda fueron los de registros superiores a 2546.2 mm y son 1962, 1963, 1965 y 1975. Los años de demanda baja son los de registros inferiores a 2224.4 mm y son 1968, 1976 y 1981. El resto de años se consideran normales y son 18. Por su parte, para Aguascalientes la alta demanda (superior a 2089 mm)

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se presenta en los años 1969, 1979, 1982, 1984, 1989 y 2000 mientras que la demanda baja (inferior a 1825 mm) se presenta en los años 1966, 1967, 1976, 1992, 1993 y 1998.

EVAP COMARCA LAGUNERA, mm

Nótese que en ambos grupos extremos aparecen años consecutivos o casi-consecutivos y alternantes, sin transición inmediata, y con mayor concordancia entre La Laguna y Delicias lo que sugiere que se pueden relacionar con el fenómeno EL Niño Oscilación del Sur (Philander, 1990) que se analiza más adelante. 60000 y = 1.0204x - 321.06 2 R = 0.9995

50000 40000 30000

línea 1:1 20000 10000 0 0

10000

20000

30000

40000

50000

EVAP DELICIAS, mm

Figura 8. Curva de Doble Masa 1966-1985 de evaporación libre entre La Laguna y Delicias.

La distribución de valores de evaporación mensual se ajusta a una función polinomial de cuarto grado con coeficientes de determinación entre 0.823 y 0.955 (Figura 9), los más altos en años de DEM, y los más bajos con DEM baja. Las mayores diferencias interanuales se observan en los meses de verano y las menores en los de invierno, por lo que se pueden esperar mayores diferencias interanuales en la demanda de riego en cultivos que se desarrollan en el verano, que los que se desarrollan en invierno. La ecuación general es: y =â0+â1x+â2x2+â3x3+â4x4

(9)

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350 ALTA

Evaporación mensual, mm

300

MEDIA BAJA

250 200 150 100 50

A BR

M A R

FE B

E N E

D IC

N O V

O C T

S E P

A G O

JU L

JU N

M A Y

A BR

M A R

FE B

E N E

0

400 ALTA

350

MEDIA BAJA

Evaporación, mm

300 250 200 150 100 50

M A R

A BR

A BR

FE B

FE B M A R

E N E

D IC

N O V

O C T

S EP

A G O

JU L

JU N

M A Y

A B R

M A R

F E B

E N E

0

300 ALTA

Evaporación, mm

250

MEDIA BAJA

200 150 100 50

D IC

E N E

O C T N O V

S EP

JU L A G O

JU N

A BR M A Y

FE B M A R

E N E

0

Figura 9. Distribución de valores de evaporación mensual de acuerdo a la demanda evaporativa anual en la Comarca Lagunera (arriba), Delicias (centro) y Aguascalientes (abajo).

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Donde y es la evaporación mensual en mm; x es el número de mes a partir de enero del año i y hasta abril del año i+1. Los valores de los coeficientes de regresión â0-â4 y de determinación (r2) se indican en el Cuadro 4. Con estas ecuaciones es posible estimar con anticipación la evapotranspiración de los cultivos durante todo el ciclo de acuerdo al tipo de año (régimen anual) esperado en cada una de las regiones en estudio. Cuadro 4. Parámetros de regresión para estimar la evaporación mensual por región y régimen de demanda anual. Región

Régimen anual Alta Laguna Media Baja Alta Delicias Media Baja Alta Aguascalientes Media Baja

â0

â1

â2

33.23 -2.32 12.44 -38.20 -29.22 -40.66 17.59 2.34 21.23

71.71 99.68 75.45 136.89 124.75 115.75 121.31 124.69 96.78

0.805 -8.188 -4.100 -10.942 -11.947 -10.950 -20.737 -22.577 -17.511

â3

â4

r2

-1.265 0.0622 0.916 -0.331 0.0325 0.937 -0550 0.0352 0.857 -0.651 0.0571 0.948 -0.246 0.0373 0.955 -0.256 0.0365 0.922 1.134 -0.0161 0.878 1.380 -0.0249 0.917 1.065 -0.0189 0.823

Pronosticar la evaporación mensual de un ciclo agrícola por venir requiere el monitoreo de procesos a gran escala que tienen influencia en esta variable. Actualmente están disponibles datos de la anomalía de la temperatura del Océano Pacífico intertropical que permiten analizar la tendencia histórica y pronosticar con alto grado de confianza el comportamiento atmosférico especialmente en cuanto a precipitación (http://iri.columbia.edu/climate/ENSO/currentinfo/Quicllook.html) y con estimaciones mensuales para México (http://clima.inifap.gob.mx), aunque también están fuertemente relacionados la temperatura y velocidad del viento, estos dos últimos factores tienen un efecto significativo en la evaporación. De acuerdo a los datos disponibles, tanto de evaporación (Comarca Lagunera) como de la anomalía de la temperatura del océano

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Anomalía de la temperatura del mar, C

simultáneas, ambas tendencias muestran paralelismo con cierto retraso de la primera (Figura 10). EL NIÑO

LA NIÑA

Evaporaciónanual, mm

2605

DEA 2470

DEN 2335

DEN 2200

DEB 2065 1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

Figura 10. Relación entre la anomalía de la temperatura del Océano Pacífico (arriba) y la fluctuación de la demanda evaporativa anual en la Comarca Lagunera (abajo) Predictibilidad de la evaporación y precipitación El pronóstico de la evaporación tomando como punto de partida la oscilación de la temperatura del Océano Pacífico intertropical requiere de un análisis de la relación entre la fluctuación de esta variable y la evaporación observada en las regiones agrícolas de interés. Cuando la temperatura del océano es superior a lo normal se define como un año en fase Niño y viceversa. En el primer caso se desarrolla un sistema de baja presión atmosférica estacionario que intensifica la velocidad del viento en la región intertropical, ocasionando una mayor tasa de evaporación y una menor precipitación a medida que se incrementa la latitud (Philander, 1990; Villanueva-Díaz et al., 2005) como es el caso de La Laguna y Delicias. En consecuencia, se pueden esperar altas tasas de evaporación y baja precipitación en los años con fase Niño y viceversa. Entre 1982 y 2001 ocurrieron cuatro ciclos Niño-Niña con las siguientes características:

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1. De enero de 1982 a marzo de 1986, de los 51 meses, la temperatura media de 18 tuvo desviaciones positivas (+) y 33 negativas (-). La desviación positiva fue unimodal y alcanzó un valor extremo de 2.8 C, fue una fase Niño de alta intensidad y corta duración. La desviación negativa fue trimodal con desviaciones extremas menores de 1.0 C a excepción de diciembre de 1984, fue una fase Niña de baja intensidad y larga duración. La evaporación anual presentó mínimos en los cambios de ciclo, después del primer mínimo se incrementó rápidamente al presentarse una fase Niño intenso y procedió una reducción progresiva congruente con una fase Niña de baja Intensidad y larga duración hasta alcanzar un nuevo mínimo al cambiar de ciclo, que corresponde a un año posterior al mínimo observado de la fase Niña. 2. De abril de 1986 a enero de 1990, 46 meses, 24 (+) y 22 (-). La desviación positiva fue bimodal y alcanzó un valor extremo de 1.9 C, fue una fase Niño típico en intensidad y duración. La desviación negativa fue bimodal con desviación extrema de 2.3 C, fue una fase Niña de alta intensidad y duración típica. La evaporación anual se incrementó paulatinamente en un ciclo de incremento y reducción moderados de la temperatura del mar, presentó un ascenso abrupto en la fase final del ciclo, después del mínimo extremo en la fase Niña. 3. De febrero de 1990 a marzo de 1997, 86 meses, 64 (+) y 22 (-). La desviación positiva con alguno valores negativos cercanos a cero de muy corta duración fue multimodal con desviación media de 0.6 C, una fase Niño de muy baja intensidad y muy larga duración. La desviación negativa fue bimodal con desviación extrema de 1.9 C, una fase Niña de baja intensidad y duración típica. Dada la reducida fluctuación de la temperatura del mar, la evaporación anual se redujo paulatinamente al inicio del ciclo por efecto de las mínimas extremas del ciclo anterior y se incrementó ligeramente a lo largo del ciclo de calentamiento-enfriamiento para alcanzar una reducción abrupta un año posterior al mínimo observado de la fase Niña.

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4. De abril de 1997 a diciembre de 2001, 49 meses, 13 (+) y 36 (-). La desviación positiva fue unimodal con desviación extrema de 2.8 C, una fase Niño de muy alta intensidad y muy corta duración. La desviación negativa fue trimodal con desviaciones extremas de 1.7, 1.9 y 0.9 C respectivamente; y un período muy corto de valores positivos cercanos a cero, es una fase Niña de baja intensidad y larga duración. El rápido ascenso de temperatura del mar al inicio del ciclo ocasionó un incremento de la evaporación anual para luego presentar una reducción paulatina conforme se desarrollaba la fase Niña de baja intensidad y larga duración. En general, la baja demanda evaporativa se presenta un año posterior al mínimo de la fase Niña, que coincide con el cambio de fase Niña-Niño. Puede haber un incremento abrupto si la fase Niño sub secuente es de alta intensidad, o un incremento progresivo si la fase Niño es de baja intensidad para proceder a una reducción progresiva hasta alcanzar un mínimo nuevamente al final del ciclo Niño-Niña. Respecto a la precipitación, tanto en La Laguna como en Delicias se presentan años secos cuando la demanda evaporativa es alta y viceversa (Cuadro 5). La precipitación total anual es ligeramente mayor en Delicias que en La Laguna. Sin embargo, la variación intra anual muestra valores de la lluvia de verano muy contrastantes en La Laguna y estables en el resto del año; mientras que en Delicias las diferencias entre el verano y el resto del año son más o menos proporcionales. Estas tendencias, indican que en ambas regiones la demanda evaporativa es mayor aproximadamente 18 meses después de la mayor anomalía en una fase Niño y la ocurrencia de lluvias es más baja que lo normal y viceversa. Por lo tanto, al disponer de información sobre la fase de El Niño Oscilación del Sur es posible pronosticar con cierta seguridad no solo la demanda evaporativa sino también la cantidad de lluvia que se presentará durante el ciclo del cultivo.

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Cuadro 5. Variación mensual de la precipitación de acuerdo a la demanda evaporativa anual en tres regiones del norte de México. Mes

Laguna Alta Media Baja

Ene 3.6 Feb 4.8 Mar 1.2 Abr 2.3 May 8.3 Jun 12.8 Jul 72.7 Ago 44.5 Sep 41.3 Oct 17.8 Nov 3.3 Dic 9.7 Total 222.1

17.0 1.0 0.3 13.9 15.4 35.0 51.6 35.2 35.5 24.9 16.8 11.5 258.1

20.8 9.5 0.0 5.5 36.3 37.3 42.0 22.8 77.8 12.0 7.0 19.5 290.3

Delicias Alta Media Baja 38.8 4.8 0.0 3.0 8.5 1.0 34.0 32.5 10.0 5.8 19.8 27.3 185.3

7.6 16.5 4.4 4.5 6.9 2.9 7.0 26.7 8.9 11.1 17.2 31.3 50.1 101.0 67.1 73.9 72.2 61.0 22.5 34.9 2.5 7.2 5.6 8.8 298.0 374.0

Aguacalientes Alta Media Baja 7.8 11.5 5.6 10.2 4.4 0.7 6.7 1.0 29.7 21.8 47.7 59.8 99.3 124.5 72.3 94.9 35.9 81.8 20.2 31.9 7.5 11.3 25.8 12.0 357.2 467.1

52.5 3.8 13.5 9.9 15.6 62.2 66.4 107.2 86.3 47.4 19.2 2.9 486.9

Validación de las estimaciones de evapotranspiración Los escenarios de manejo del agua de riego en cultivos forrajeros son prácticamente innumerables, debido a la combinación entre las diferencias en los parámetros climáticos entre años y regiones, a las alternativas tecnológicas de aplicación y conducción del agua de riego que varían desde los métodos tradicionales hasta los altamente tecnificados, y calidad del agua desde C1 hasta C4 de acuerdo a la conductividad eléctrica. La cantidad de precipitación que ocurre en cada región es altamente aleatoria, pero se puede tener una estimación de manera similar como con la evaporación. Con lo anterior se realizaron corridas del modelo para alfalfa y otros cultivos comunes en el norte de México, con el propósito de validar las estimaciones de la evapotranspiración de los cultivos de acuerdo a los datos experimentales disponibles y a la fase del fenómeno El Niño del año de las investigaciones.

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Figueroa et al., (2005), compararon el consumo y rendimiento de alfalfa con riego superficial con y sin control de láminas de agua de riego en la Comarca Lagunera. En la condición de control midieron la evapotranspiración real antes del riego; para los cortes del segundo al sexto durante 2004, los valores observados son 208, 179, 209, 215, y 180 mm; mientras que los respectivos valores generados con el modelo son 197.7, 222.5, 232.6, 153.3, y 131.0 mm. Aunque el modelo sobreestima el segundo y tercero, subestima los restantes, para totales muy similares. En otros trabajos, Godoy (2003), y Godoy y Reyes (2004), reportaron el consumo de agua y rendimiento de alfalfa con riego superficial y subsuperficial entre 1999 y 2001 también en la Laguna. Las láminas consumidas fueron de 1232 (mayo-diciembre), 1711 y 1670 mm en riego superficial y de 750, 1276 y 1221 mm en riego por goteo sub superficial (RGS) respectivamente. Los resultados de las simulaciones para esas condiciones son 1356.0, 1720.3 y 1720.3; 1017.0, 1290.3 y 1290.3 respectivamente. A excepción del caso de RGS para 1999, los resultados están dentro de un 10 por ciento de desviación. Rivera et al., 2004 estudiaron varios valores de Ki en alfalfa con cintilla enterrada, alcanzando las mejores eficiencias en el aprovechamiento del recurso y mayor rendimiento con valores de 0.7 de manera constante durante todo el año. La evapotranspiración anual medida fue de 1310 y 1273 mm para 2000 y 2001. Por tratarse de años consecutivos de demanda evaporativa normal, los resultados de las simulaciones son iguales, y el valor es de 1290.3 mm. Una vez más, la similitud entre valores observados y medidos tienen alto grado de concordancia. Los anteriores trabajos se realizaron en la Comarca Lagunera; para Delicias, Berzoza y Chávez (2001) reportan consumo de agua por el cultivo de alfalfa con riego por cinta enterrada de 1250, 1150 y 1200 mm para 1999, 2000 y 2001 respectivamente; los tres de demanda normal. Los resultados de la simulación son 1307.8, con muy buena aproximación. Aunque existen otras referencias al respecto, no se dispone de datos precisos sobre fechas, por lo que no es posible hacer comparaciones

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como las anteriores. Sin embargo, se reconoce que bajo condiciones de riego superficial el consumo normal de agua por el cultivo es de aproximadamente 1700 mm anuales (Inzunza et al., 2005; Llamas y Núñez, 2002; Candelas, 2002). Al hacer simulaciones con años de demanda evaporativa normal, la evapotranspiración del cultivo con riego por superficie es de 1720.3 mm. Por su parte, los trabajos de investigación sobre el consumo de agua de riego en maíz son más escasos, pero es posible validar los resultados que produce el modelo de simulación. Faz et al., 2000 muestran datos de consumo de agua por el maíz forrajero en dos años consecutivos de 1997 y 1998, con riego por superficie. Para ciclos de primavera de 105 días, en el primer caso se trata de demanda evaporativa normal, con un valor de evapotranspiración de 687 mm; mientras que, en 1998 con demanda alta, 714 mm. La evaporación directa fue un 5.6 por ciento mayor en el ciclo con demanda alta, mientras que, la precipitación fue 17 veces superior en el año normal con respecto al año con demanda alta. El modelo de simulación muestra valores de evapotranspiración de 684 y 741 respectivamente. Montemayor et al., (2004) compararon el consumo de agua y rendimiento de maíz forrajero entre riego con cinta (RGS) y superficial (RS) en el ciclo verano-otoño de 2002, con valores de Et de 450 mm con RGS y 650 mm con RS. Por ser un año con demanda normal y ciclo de veranootoño, el valor de evapotranspiración es de 470.7 y 627.6 mm respectivamente, con una desviación menor de 5 por ciento en ambos casos. Rivera y Estrada (2004) evaluaron híbridos de maíz forrajero sembrados el 5 de julio de 2003, la lámina consumida fue de 580 mm con buen manejo del riego superficial. Para este caso, el modelo de simulación estima un valor de evapotranspiración de 568.8 mm. En la región de Delicias, Chihuahua Chávez y Berzoza (2001) compararon el consumo de agua de riego del cultivo en los métodos RGS y RS en el año 2000, de demanda evaporativa normal, con consumos de

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732 y 823 mm respectivamente. Estos valores incluyen un 20 porciento de lámina de lavado por usar agua altamente salina y baja en sodio (clase C3S1). El modelo de simulación estima valores de 652.4 y 839.6 respectivamente. Otras referencias con menos información para validar indican consumo del cultivo del orden de 695 mm (Núñez, 2000) y de 600 a 700 mm (Candelas, 2002) en la Comarca Lagunera. En los dos ciclos típicos y en años con fase neutra, el modelo genera valores de evapotranspiración real de 684 y 578 mm para primavera-verano y verano-otoño respectivamente, muy cercanos a los valores mencionados por los autores referidos. El análisis comparativo de los valores que proceden de mediciones cuidadosas, tanto de alfalfa como de maíz, en diferentes condiciones de demanda evaporativa provocadas por el fenómeno El Niño y con diferentes métodos de riego, y los generados por el modelo de simulación muestra un grado de ajuste (r2) de 97.97 por ciento, con un valor de la pendiente de 1.04, estadísticamente igual a uno (P = 0.01). La Figura 11 muestra la dispersión de dichos datos.

Valores estimados, mm

2000

1500 Alfalfa

1000

Maíz

500

0 0

500

1000

1500

2000

Va lore s obse rva dos, mm

Figura 11. Dispersión de valores de evapotranspiración de la alfalfa y maíz con respecto a la línea 1:1.

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En el caso del sorgo, no existen reportes científicos con datos sobre consumo de agua de riego, pero se estima un consumo de 550 a 650 mm (Núñez, 2000; Llamas y Núñez, 2002; Candelas, 2002). Con el modelo se obtiene un consumo de 726 a 884 mm con cuatro riegos de auxilio desde la siembra hasta el primer corte, con riego por superficie. Aunque la diferencia entre lo reportado por la literatura y lo estimado es muy amplia, no se muestran los fundamentos para los primeros, mientras que para los segundos, una referencia es el cultivo de maíz en el mismo ciclo y 10 días menos que el sorgo, con un consumo de 609 a 741 mm. En otros cultivos como los cereales de invierno de hábito de crecimiento de primavera, la disponibilidad de datos es igualmente escasa, y se reconoce también una demanda de 500 a 600 mm por ciclo (Faz, 1986; Jasso, 1990; Llamas y Núñez, 2002; Candelas, 2002). Normalmente, esos datos corresponden a cultivos con ciclo hasta madurez para cosecha, que es más largo que cuando se cosecha para forraje y con fechas de siembra en diciembre. Para estas condiciones, el modelo estima valores de 502.2 a 579.4 mm para las diferentes condiciones de evaporación. Estos valores coinciden con los reportados, aunque se carece de información precisa para las comparaciones entre datos observados y simulados. Finalmente, en el caso de Ballico anual, Núñez et al., (1997) reportan los requerimientos de evapotranspiración de este cultivo en 1000 a 1200 mm. Este valor sugiere ocho riegos de 12 a 15 cm, en promedio, cuatro antes del primer corte y uno entre cortes sucesivos los cuales dado el cultivo y estaciones del año durante su desarrollo parece alto, ya que la evaporación libre fluctúa de 750 a 835 mm durante el ciclo del cultivo. La simulación para un año normal, con intervalos de corte de 80, 26, 25, 25 y 22 días y riego por superficie, la demanda neta es de 699 mm que repartidos en cuatro riegos de establecimiento de 30 cm en total y un riego entre cortes sucesivos con lámina neta de 10 cm parece más congruente con la realidad, sin embargo es necesario desarrollar trabajos de investigación para corroborar la validez de estas estimaciones.

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Conclusiones La estimación de los requerimientos hídricos de los forrajes cultivados basada en la fluctuación de la temperatura del Océano Pacífico intertropical y factores de manejo es posible con un alto grado de confianza especialmente en alfalfa y maíz de acuerdo a mediciones precisas del consumo de agua por esos cultivos, aunque los valores en otros cultivos se aproximan a la realidad de acuerdo con algunas fuentes bibliográficas. El factor de más contribución en la demanda total de agua es la tasa de evaporación desde un tanque evaporímetro tipo “A”, la cual se pude tipificar con relación a la fase del fenómeno El Niño Oscilación del sur; le sigue en importancia las eficiencias de aplicación y conducción, que si se ubican alrededor del 70 por ciento, los requerimientos por este concepto son similares a las que impone la demanda evaporativa atmosférica. La calidad del agua de riego es un tercer factor en orden de importancia, aunque puede representar grandes requerimientos si la conductividad eléctrica se apróxima al valor crítico de tolerancia del cultivo. La aplicación de las ecuaciones que integran este análisis permite identificar los factores de manejo que demandan mayor atención para hacer un uso más rentable y sustentable del recurso agua en la producción agrícola, una vez caracterizada la demanda evaporativa a partir de la fase El Niño Oscilación del Sur en un ciclo agrícola en particular, y la salinidad del agua de riego, esto es, cambio de método de riego, de sistema de conducción, o de patrón de cultivos. Los escenarios de manejo que abarca incluyen dos regiones agrícolas de gran importancia en la producción de estos cultivos como son la Comarca Lagunera en Coahuila y Durango, y Delicias, Chihuahua, calidad del agua de riego desde C1 hasta C4, sistemas de riego por superficie y de alta y baja presión, canales sin revestir y tuberías de concreto o PVC y nueve posibles patrones de cultivo: alfalfa, maíz en uno o dos ciclos por año, sorgo, cerales de invierno (avena, trigo y triticale) y ballico anual, además de las combinaciones de relevo que se llegan a realizar, como maíz o sorgo y cerales de invierno.

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Los resultados de las estimaciones se pueden obtener antes del inicio de un ciclo agrícola, con alto grado de confianza para mejorar las decisiones de planeación acerca de superficie y manejo del agua de riego y cultivos. Una aproximación más fina se puede lograr con el pronóstico de las necesidades de riego en tiempo real, que se basa en el registro diario de las variables meteorológicas relacionadas con estas actividades y que el INIFAP proporciona a través de sus Campos Experimentales.

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Agradecimientos El presente Folleto Científico es auspiciado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), a través del proyecto Definición de Especies Forrajeras Mediante un Modelo Integral de Toma de Decisiones para el Uso Eficiente del Agua en Sistemas Intensivos de Producción de Ganado Bovino Lechero Estabulado para las Principales Cuencas Lecheras del País. Los autores hacen patente su agradecimiento al CONACYT, así como a los revisores técnicos del Comité Editorial del CEDEL-INIFAP y al M. C. Ernesto Sifuentes Ibarra, revisor externo.

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Los autores

Rodolfo Jasso Ibarra. Es Ingeniero Agrónomo y Maestro en Ciencias en la especialidad de Riego y Drenaje (Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro) y Doctor en Filosofía en la especialidad de Recursos Naturales Renovables (The University of Arizona). Actualmente adscrito al Campo Experimental Delicias del INIFAP, con experiencia en modelación de procesos hidrológicos y uso de agua por los cultivos. Ha sido investigador del INIFAP en 1980 y de 1986 a la fecha.

Rodolfo Faz Contreras. Es Ingeniero Agrónomo y Maestro en Ciencias en la especialidad de Riego y Drenaje (Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro) Adscrito al Campo Experimental La Laguna del INIFAP desde 1980, con experiencia en Fisiología de Cultivos y Manejo del agua de riego en la Agricultura.

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Mario Berzoza Martínez. Es Ingeniero Agrónomo (Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro) y Maestro en Ciencias (Colegio de Postgraduados) en la especialidad de Riego y Drenaje. Adscrito al Campo Experimental Delicias del INIFAP desde 1985, con experiencia en Agrometeorología y Manejo del agua de riego en la Agricultura.

Noé Chávez Sánchez. Es Ingeniero Agrónomo (Universidad Autónoma de Chihuahua) y Maestro en Ciencias (Colegio de Postgraduados) en la especialidad de Suelos y Estadística respectivamente. Adscrito al Campo Experimental Delicias del INIFAP desde 1985, con experiencia en Estadística Aplicada y Fertirrigación en la Agricultura.

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Gregorio Núñez Hernández. Es Ingeniero Agrónomo Zootecnista (Universidad Juárez del Estado de Durango), Maestro en Ciencias y Doctor en Filosofía (New Mexico State University) con especialidad en Manejo de Pastizales y Nutrición Animal respectivamente. Investigador del INIFAP desde 1981, Adscrito al Campo Experimental La Laguna desde 1994, Experto Nacional en Sistemas de Producción Intensivos de leche.

Gamaliel Orozco Hernández. Es Ingeniero Agrónomo (Universidad Nacional Autónoma de México) y Candidato a Maestro en Ciencias (Universidad Autónoma de Chihuahua) en la especialidad de Agroecosistemas y Agronegocios respectivamente. Adscrito al Campo Experimental Delicias del INIFAP desde 1984, con experiencia en Sistemas de Producción de Cultivos Forrajeros y Oleaginosas.

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Comité editorial del Cedel M.C. Francisco Javier Quiñones Pando M.C. Raúl Rodríguez Martínez M.C. Guadalupe Terrazas Prieto Ing. Gamaliel Orozco Hernández

Requerimientos hídricos y manejo del agua de riego en cultivos forrajeros se terminó de imprimir en noviembre de 2007, en Delicias, Chihuahua, México, con un tiraje de 500 ejemplares.

Edición y formación: M.C. Francisco Báez Iracheta Fotografias: Dr. Rodolfo Jasso Ibarra