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Terra Latinoamericana

versión On-line ISSN 2395-8030versión impresa ISSN 0187-5779

Terra Latinoam vol.33 no.3 Chapingo jul./sep. 2015

 

Artículos

Evapotranspiración y coeficientes de cultivo de chile bell en el Valle de Culiacán, México

Evapotranspiration and crop coefficient of bell pepper in Culiacan Valley, Mexico

Jesús Enrique López Avendaño1   

Tomás Díaz Valdés1 

Christopher Watts Thorp2 

Julio César Rodríguez2 

Alejandro Emilio Castellanos Villegas2 

Leopoldo Partida Ruvalcaba3 

Teresa de Jesús Velázquez Alcaraz1 

1 Colegio de Ciencias Agropecuarias, Universidad Autónoma de Sinaloa. Carretera Culiacán-Eldorado km 17.5. 80000 Culiacán, Sinaloa, México.

2 Universidad de Sonora. Blvd. Luis Encinas y Rosales s/n, Col. Centro. 83000 Hermosillo, Sonora, México.

3 Universidad Tecnológica de Culiacán. Carretera a Imala km 3.1. Culiacán, Sinaloa, México.


Resumen:

La evapotranspiración es un elemento importante del ciclo hidrológico y balance de energía en la superficie terrestre, su conocimiento y estimación es determinante para la planeación de recursos hídricos y en lo particular, para el uso eficiente del agua de riego. Se propuso como objetivo, aplicar el método de covarianza de torbellinos para medir la evapotranspiración (ETc) y determinar coeficientes de cultivo (Kc) del chile bell (Capsicum annumm) para mejorar la precisión del método FAO-56 en la estimación de ETc de este cultivo en el Valle de Culiacán. El estudio se realizó de febrero a abril de 2014, en una superficie de 90 ha regadas con un sistema por goteo localizadas en el Valle de Culiacán, México. Se calculó la evapotranspiración de referencia (Eto) utilizando la ecuación de Penman-Monteith y para ETc ajustada se utilizó además el Kc ajustado mediante una regresión cuadrática realizada con los datos de Kc estimados (método CE) y los días transcurridos después del trasplante; para el análisis estadístico se utilizaron: RMSE, índice de concordancia de Willmott (d), índice de eficiencia de Nash y Sutcliffe (E) y R2. Los resultados mostraron que la evapotranspiración medida fue de 267.6 mm y estimada de 363.6 mm con los métodos CE y FAO-56, respectivamente, lo que representa un error relativo de 35.9%, mientras que la Etc ajustada fue de 261.5 mm. Los valores de Kc promedio para la etapa media fueron de 0.86, 1.16 y 0.86, y para la etapa final fueron 0.66, 0.87 y 0.64, para los métodos CE, FAO-56 y Kc ajustado, respectivamente. Los valores estadísticos entre ETcFAO-56 y ETCCE fueron E = -13.2, d = 0.51, R2 = 0.56 y RMSE = 1.32 mm d-1. El método FAO-56 sobrestimó la ET determinada con el método CE.

Palabras clave: coeficiente dual; método FAO-56; riego por goteo; método de covarianza de torbellinos

Abstract:

Evapotranspiration is an important component of earth's hydrological cycle and energy balance. Understanding and estimating it is crucial for planning the use of water resources, particularly, efficient use of irrigation water. Thus, the objectives of this study were to apply the method of Eddy Covariance for measuring evapotranspiration (ETc) and determining crop coefficients (Kc) for bell pepper (Capsicum annuum L.) and to improve the accuracy of the FAO-56 method of estimating ETc for this crop. The study was carried out in the Valley of Culiacan, Mexico, from February to April 2014 on 90 ha irrigated with drip irrigation. ETo was calculated using the Penman-Monteith equation. Moreover, to estimate adjusted ETc, adjusted Kc was also used. Adjusted Kc was obtained with quadratic regression carried out with estimated Kc data and the days after transplanting. Several parameters were used for statistical analysis: the Root Mean Square Error (RMSE), the Willmott concordance index (d), the Nash and Sutcliffe efficiency index (E) and the coefficient of determination (R2). The results showed that measured evapotranspiration was 267.6 mm, while it was 363.6 mm when estimated with CE and FAO-56 methods, respectively. This represents a relative error of 35.9%, whereas the adjusted ETc was 261.5 mm. The Kc values for the crop mid-season stage were 0.86, 1.16 and 0.86, whereas for the crop end-stage, they were 0.66, 0.87 and 0.64 with the EC, FAO-56 and adjusted Kc methods, respectively. The statistical values between ETcFAO-56 and ETcCE were E = -13.2, d = 0.51, R2 = 0.56 and RMSE = 1.32 mm d-1. The FAO-56 method overestimated ET measured with the EC method.

Key words: dual coefficient; FAO-56 method; drip irrigation; eddy covariance system

Introducción

Sinaloa es el principal productor agrícola de México, con una superficie de riego de 855 mil hectáreas aproximadamente, lo que representa 29% de la superficie de riego total del país; el chile bell (Capsicum annuum L.) es un cultivo relevante en muchas partes del mundo, dado su importancia económica y social, por lo que se han desarrollado múltiples trabajos de investigación analizando la respuesta del cultivo a diferentes factores agronómicos y ambientales, como la evaluación de la producción y calidad de chile bell en función del régimen y tipo de riego, el uso de acolchados y malla sombra para evaluar el intercambio de CO2, y la determinación de coeficientes de cultivo bajo diferentes tipos de riego (Smittle et al., 1994; García et al., 2000; Sezen et al., 2007; Zermeño et al., 2011; Díaz, 2013; Shukla et al., 2014). En Sinaloa, la producción de chile bell se destina principalmente al mercado internacional (85%), mientras que el 15% restante se destina para consumo nacional (INIFAP, 2011). En el valle de Culiacán, chile bell ha sido una de las principales hortalizas cultivadas, durante los ciclos agrícolas 2008-2009, 2009-2010 y 2011-2012, la superficie promedio sembrada fue de 2694 hectáreas con un volumen promedio de agua utilizada de 35.561 millones de metros cúbicos, una producción promedio de 185 215 toneladas, con un valor de 929 millones de pesos aproximadamente (CONAGUA, 2010; 2011; 2013).

La evapotranspiración es de los principales componentes del ciclo hidrológico y balance de energía; constituye uno de los procesos críticos e indispensables en diversos campos como hidrología, ecología, agricultura y planeación de los recursos hídricos; en las últimas dos décadas se han desarrollado diversas técnicas para estimar la evapotranspiración, que incluyen el uso de la Covarianza de Torbellinos, lisímetro, relación de Bowen, balance de agua en el suelo, Scintilometría y Percepción Remota (Zhang et al., 2014). México es un país con baja disponibilidad de agua, por lo que resulta imprescindible no solo mejorar la eficiencia en el uso del agua en la agricultura, sino también promover su uso de manera sustentable (Salazar et al., 2014) además, la limitación de los recursos hídricos se ha convertido en uno de los principales problemas de la agricultura, en la medida que los períodos de sequía son cada vez más recurrentes y prolongados, particularmente en el valle de Culiacán, México (Ravelo et al., 2014), lo que conlleva a poner mayor énfasis a la estimación del consumo real de agua por las plantas en la agricultura.

En este sentido, ha resurgido con mayor fuerza la estimación precisa del uso del agua por los cultivos, particularmente en aquellas regiones donde la disponibilidad del recurso hídrico para la agricultura es cada día menor; las técnicas como la de covarianza de torbellinos, Scintilometría y Percepción remota, continuamente se evalúan y validan para calibrar otros métodos menos sofisticados pero más económicos (Balbontín et al., 2011); y aunque el uso de la ecuación de la FAO Penman-Monteith y coeficientes de cultivo (Kc), continúan siendo de las metodologías más sencillas y económicas, presentan el inconveniente de que los valores de Kc deben obtenerse y validarse para condiciones locales (Shukla et al., 2014).

La Organización para la Agricultura y Alimentación de las Naciones Unidas, propuso la metodología FAO-56 basada en la evapotranspiración de referencia que se calcula con la ecuación FAO Penman-Monteith y un coeficiente de cultivo (Kc); este método ha sido ampliamente utilizado debido a que ha arrojado resultados satisfactorios bajo diversas condiciones climáticas alrededor del mundo; el Kc representa las características específicas del cultivo, tales como altura, resistencia superficial, albedo, entre otras; el Kc varía poco con el clima sin embargo, es afectado por el manejo del cultivo y el riego, así como por condiciones ambientales tales como presencia de plagas y enfermedades, salinidad en el suelo, etc., lo que conduce a diferentes condiciones de estrés hídrico y conlleva a ajustar el valor de Kc a las condiciones actuales o reales mediante el uso de un coeficiente de estrés (Ks) (Zhang et al., 2013). El método FAO-56 utiliza dos tipos de Kc, por un lado el Kc único, el cual integra el efecto combinado de la transpiración del cultivo y la evaporación del suelo; mientras que el Kc dual proporciona un cálculo separado de estos dos fenómenos físicos, este se integra por un coeficiente basal del cultivo (Kcb) y un coeficiente de evaporación del suelo (Ke) (Allen et al., 2005); el coeficiente dual del cultivo permite evaluar mejor el impacto del humedecimiento del suelo por la lluvia o riego, así como los impactos por mantener parte del suelo seco o utilizar acolchado plástico para evitar la evaporación directa del suelo (Rosa et al., 2012). Los valores de Kc deben calibrarse para condiciones locales de clima y manejo del cultivo, sin embargo, existen pocos estudios de evapotranspiración del cultivo en chile para determinar estos valores bajo condiciones reales de campo; algunos estudios realizados con diversos cultivos mostraron que los valores de Kc obtenidos experimentalmente no concuerdan con aquellos propuestos por FAO-56 en Allen et al. (1998) (Zhang et al., 2013, Villagra et al., 2014).

El método de Covarianza de Torbellinos se ha convertido en el método principal para monitorear flujos de energía, vapor de agua y carbono en el ecosistema, a diferentes escalas de tiempo; además, se ha incrementado el uso de los datos obtenidos con este método para la calibración y validación de otros métodos para estimar evapotranspiración (Reichstein et al., 2005). El principio físico general de la medición de flujos de torbellinos consiste en comprobar la cantidad de una entidad (masa o energía) que se mueve en forma ascendente y descendente en la unidad de tiempo, así como la velocidad con lo que se mueve; matemáticamente este flujo vertical se representa como una covarianza entre las mediciones de la velocidad vertical de los movimientos del aire ascendente y descendente y la concentración de la entidad de interés (masa o energía); para poder realizar estas mediciones se requiere de equipo muy sofisticado como el anemómetro sónico, debido a que las fluctuaciones turbulentas ocurren de una manera muy rápida, mientras que los cambios de concentración, densidad o temperatura son muy pequeños, y ambas cosas deben medirse de manera apresurada y precisa (Zermeño et al., 2011). El método de Covarianza de Torbellinos se ha utilizado en numerosas investigaciones para validar otros métodos, Liu et al. (2013) evaluaron los resultados obtenidos en la medición de la evapotranspiración en diferentes superficies, utilizando scintilómetro y sistema CE; Er-Raki et al. (2013) midieron la ETc utilizando sensores remotos y validaron con un sistema CE; Balbontín et al. (2011) compararon los métodos de CE y relación de Bowen para medir ETc. También se ha utilizado para analizar la relación entre la producción de CO2 y evapotranspiración (Pérez et al., 2010; Zermeño et al., 2011); así como para estimar la evapotranspiración de diversos cultivos y vegetación natural (Ezzahar et al., 2009; Rodríguez et al., 2010; 2011; Zhang et al., 2013).

El objetivo de este trabajo consistió en aplicar el método de Covarianza de Torbellinos para medir la evapotranspiración (ETc) y determinar coeficientes de cultivo (Kc) del chile bell para mejorar la precisión del método FAO-56 en la estimación de ETc de este cultivo en el valle de Culiacán.

Materiales y métodos

Delimitación de la Zona de Estudio

Para la presente investigación se utilizó el cultivo de chile bell sembrado en una superficie de 90 hectáreas localizadas en el valle de Culiacán, Sinaloa, México, con coordenadas geográficas centrales 24° 36' N y 107° 31' O. La investigación se realizó durante el ciclo agrícola 2013-2014, utilizando un período de estudio de 83 días comprendido entre el 01 de febrero y 24 de abril de 2014, la fecha de trasplante del cultivo fue el 10 de septiembre de 2013. El clima de la región es semi-árido con una precipitación promedio anual de 690 mm. La temporada de lluvias es de julio a septiembre (con alrededor de 79% de la precipitación anual) y la temporada más seca es de febrero a mayo (con apenas 1.3% de la precipitación anual). La temperatura promedio mensual varía desde 19.2 °C en enero, hasta 30 °C en julio, llegando a presentar una máxima extrema promedio de 43 °C en el mismo mes de julio, y una mínima extrema promedio de 0.6 °C en el mes de febrero. El cultivo se plantó a doble hilera en surcos con una separación de 2 m, la separación de plantas fue de 30 cm y se colocaron estacones de 1.8 m de alto a 1.5 m de separación y a doble hilera, para el sostén de la planta. El suelo presentó una textura arcillosa (59.4% de arcilla, 19.2% de limo y 21.4% de arena). El contenido gravimétrico de humedad a capacidad de campo fue de 31.6% y punto de marchitamiento permanente 17.8% determinado con la olla y membrana de presión. Se utilizó un sistema de riego por goteo, con un intervalo de riego de 2 días y un tiempo de riego que varió desde 9.5 hasta 18 h; los emisores en la cinta de riego se encontraban a 30 cm de separación, el caudal de descarga promedio fue de 1 L h-1 y el porcentaje de área mojada fue del 25%. La fertilización se hizo a través del agua de riego y la aplicación de pesticidas empleando maquinaria y avión. La cosecha se hizo en varias cortes, para lo cual se requirió de mano de obra y camiones para su recolección.

Medición de Variables Meteorológicas

La radiación solar neta se midió utilizando un radiómetro Net-Lite2 (Kipp y Zonen), colocado a 5 m sobre la superficie del suelo, para la temperatura del aire y la humedad relativa se utilizaron dos sondas Vaisala HMP45C con protector URS1 colocadas a 3 y 5 m sobre la superficie, (se utilizó el promedio), para la velocidad y dirección del viento se empleó una anemoveleta YOUNG modelo 05103 (Campbell Scientific) colocada a 6.2 m sobre la superficie del suelo, y la presión barométrica se midió utilizando un CS100 (Campbell Scientific) colocado a 2 m sobre la superficie del suelo. Se utilizaron dos platos de flujo de calor HFP01 (Hukseflux) para medir el flujo de calor en el suelo (G) de la ecuación de balance de energía, se colocaron bajo el cultivo, en la zona humedecida con el riego, se utilizaron dos dispositivos colocados a 5 y 10 cm de profundidad (se utilizó el promedio). Todos los sensores se encontraban conectados a un colector de datos CR1000 (datalogger, Campbell Scientific) donde se almacenaba la información meteorológica cada 10 min. Posteriormente se promedió la información meteorológica cada 30 min para calcular los flujos con el método de covarianza de torbellinos; así mismo, se obtuvieron los promedios diarios para estimar la ETo (mm d-1), de acuerdo con la ecuación propuesta por la FAO Penman-Monteith (Allen et al.,1998).

Evapotranspiración de Referencia (ETo)

Para calcularla se utilizó la ecuación FAO Penman-Monteith (Allen et al., 1998):

(1)

donde: ETo es la evapotranspiración de referencia (mm d-1), Rn es la radiación neta (MJ m-2 d-1), G es el flujo de calor en el suelo (MJ m-2 d-1), T es la temperatura del aire promediada diariamente (°C), ∆ es la pendiente de la curva de presión a saturación (kPa °C-1), g es la constante psicométrica (kPa °C-1), es la presión de saturación del vapor (kPa), ea es la presión de vapor promedio diaria (kPa), u2 es la velocidad promedio del viento a 2 m de elevación (m s-1).

Medición de Flujos de Calor Latente y Sensible

Para la medición de los flujos de calor, se instaló un método de covarianza de torbellinos IRGAE-150 con un anemómetro sónico CSAT3 (Campbell Scientific) sobre el cultivo de chille bell a una altura de 6.2 m, de tal forma que proporcionó información continua de los flujos verticales de calor. El resultado de las mediciones de flujo se evaluó con el cierre de la ecuación de balance de energía; la cual, sin considerar el término de almacenamiento de energía en la cubierta vegetal y la energía utilizada en la fotosíntesis, quedaría como:

(2)

donde: Rn y G ya fueron definidos anteriormente, H y LE son el flujo de calor sensible y latente respectivamente, medido en el sistema CE.

Evapotranspiración del Cultivo (ETcEddy) con el Método de Covarianza de Torbellinos (Método CE)

Para determinar la ETc se utilizaron los valores de calor latente (LE) medidos con el sistema CE y convertidos a lámina de agua, para lo cual se consideró el aporte de energía necesario para vaporizar un 1 mm de agua de 2.45 MJ m-2, el cálculo de la ETc del chile bell en el período diario, se hizo sumando los valores de ETc medidos cada media hora.

Evapotranspiración del Cultivo (ETcFAO-56) con el Método FAO-56

Para estimar la ETc con la metodología FAO-56 se utilizó la ETo y el coeficiente dual del cultivo, determinado, como se muestra en Allen et al. (1998), para lo que se utilizó la siguiente ecuación:

(3)

donde: ETc es la evapotranspiración del cultivo (mm d-1), Kcb es el coeficiente basal del cultivo que comprende el concepto de transpiración del cultivo, Ks es el coeficiente de estrés hídrico igual a 1 en este caso, dado que el cultivo se mantuvo en condiciones óptimas de humedad (capacidad de campo) durante todo su ciclo, monitoreada permanentemente con la ayuda de tensiómetros instalados en el campo (con riegos frecuentes cada 2 días), y Ke es el coeficiente de evaporación del suelo y el follaje, la cobertura vegetal en su máximo desarrollo era de 40%. Para determinar el valor de Ke, se utilizó una fracción expuesta a la evaporación (1-fc) de 0.6 y fracción cubierta (fc) de 0.4.

Coeficientes de Cultivo (Kc)

Para el método FAO-56 se utilizó el Kc dual (Allen et al., 1998), mientras que para el método de Covarianza de Eddy se utilizaron los valores de ETc estimados y el valor de ETo de acuerdo con la siguiente ecuación:

(4)

Análisis Estadístico (ETc FAO-56 - Etc Eddy) y (ETc Eddy - ETC ajustada)

Se utilizaron cuatro parámetros de eficiencia estadística: 1) El coeficiente de determinación (R2), el cual se define como el cuadrado del coeficiente de correlación, indica la capacidad de un modelo para replicar sus resultados, 2) RMSE, la raíz de la media del error cuadrático, mide la variación de los valores calculados respecto a los observados; 3) el índice de concordancia (d), propuesto por Willmott, representa la relación del error cuadrado medio y el error potencial, el error potencial en el denominador representa el valor más grande que la diferencia al cuadrado puede alcanzar; 4) E, la Eficiencia propuesto por Nash y Sutcliffe caracteriza el comportamiento del modelo de simulación, el modelo perfecto debería tener una eficiencia cercana a 1 (Krause et al., 2005).

(5)

donde: Oi y Pi son los datos observados o medidos y los estimados o calculados, respectivamente, y representa los valores promedio de los datos observados y calculados, respectivamente.

(6)

n es el número de datos evaluados.

(7)

(8)

Resultados y discusión

Evapotranspiración de Referencia (ETo)

El valor de ETo se modificó de acuerdo con el comportamiento de la humedad relativa (HR), velocidad del viento (u2) y temperatura del aire (Ta); la ETo es mayor durante los días más cálidos y la atmósfera más seca. Para el presente estudio, la ETo se incrementó desde 3 mm d-1 (inicio de la evaluación) hasta llegar a 5.7 mm d-1 para posteriormente descender de nuevo hasta 3.1 mm d-1; se observa un segundo incremento de ETo hasta llegar a 5.8 mm d-1 y descender nuevamente hasta 2.8 mm d-1. En los días con mayor ETo ocurrieron, de manera simultánea, una disminución de la humedad relativa y un incremento de la velocidad del viento (Figura 1). La ETo total estimada fue de 328.7 mm. La respuesta de la evapotranspiración de referencia a los cambios de humedad relativa y temperatura del aire ha sido evaluada por Moratiel et al. (2010) y Bhartiya et al. (2014); estos autores obtuvieron modelos matemáticos que muestran que la ETo depende fuertemente de la humedad relativa, principalmente; con lo que se puede mostrar que cuando disminuye esta se incrementa la evapotranspiración de referencia; asimismo, otros autores concluyen que al coincidir una baja en la humedad relativa con un incremento en la velocidad del viento, favorece al incremento de ETo (Liu et al., 2013).

Figura 1 Comportamiento de evapotranspiración de referencia (ETo) en función de la velocidad del viento (U2), humedad relativa (HR) y temperatura del aire (Ta). 

Evapotranspiración del Cultivo con el Método de Covarianza de Torbellinos (ETcEddy)

Con la Ecuación 2 se determinó el balance de energía y, en la Figura 2 se observa el comportamiento de los flujos de energía; la pendiente resultante de la regresión lineal forzada al pasar por el origen, fue de 0.84, lo que indica una subestimación de la suma de flujos turbulentos (H+LE) de 16%, aproximadamente, respecto a la disponibilidad de energía (Rn-G), lo cual es satisfactorio de acuerdo con Twine et al. (2000); en el valle del Yaqui, México se obtuvo una subestimación de flujos del 18% en chile (Rodríguez et al., 2011), mientras que en la costa de Hermosillo resultó una subestimación del 20% al medir los flujos de calor con el método de covarianza de torbellinos sobre el cultivo de vid (Er-Raki et al., 2013), mientras que en la cuenca del río Hai situada al noreste de China se encontró una subestimación de los flujos de calor que varió de 9% hasta 24%, considerando un sistema de Covarianza de torbellinos sobre un área con cultivos heterogéneos basada en maíz, trigo, algodón y huertos de frutales (Liu et al., 2013). En todos estos casos se obtuvo que la energía disponible (Rn-G) fue superior a los flujos de calor (H+LE), lo cual se debe a que en la ecuación de balance no se consideran otros términos de energía, tales como el calor almacenado y liberado de la planta, o la energía utilizada en actividades metabólicas como la fotosíntesis y la respiración, en consecuencia esto indica que la medición de la energía disponible será superior a la energía utilizada para calentar la atmósfera y en la evapotranspiración (Allen et al., 1998).

Figura 2 Evaluación del cierre de la ecuación de balance de energía. 

Para obtener el valor de la Evapotranspiración del cultivo (ETcEddy), con el método de covarianza de torbellinos, se utilizaron los flujos de calor sensible (H) y latente (LE) obtenidos con el sistema CE, el comportamiento de ETcEddy se muestra en la Figura 3, donde se observa que ésta se incrementó a partir 1.8 mm d-1 (inicio de la medición) hasta llegar a un valor máximo de 5.4 mm d-1 y descendió nuevamente hasta un valor de 2.0 mm d-1 al final de la evaluación; la evapotranspiración del cultivo estimada con el sistema CE presentó un comportamiento típico observado en cultivos anuales y similar a los resultados mostrados por otros investigadores como lo demuestran Rodríguez et al. (2011), quienes obtuvieron un valor máximo de 5.5 mm d-1 en chile banano (Capsicum annuum, L.) en el noroeste de México, mientras que Miranda et al. (2006) estimaron un valor máximo de 5.6 mm d-1 para el cultivo de chile tabasco (Capsicum frutescens L.) en el noreste de Brasil. La evapotranspiración total estimada para el período de estudio con el método de covarianza de torbellinos fue de 267.6 mm.

Figura 3 Evolución de la evapotranspiración de referencia (ETo), evapotranspiración estimada con las metodologías FAO-56 (ETc FAO-56) y covarianza de torbellinos (ETc Eddy) y el riego aplicado. 

Evapotranspiración del Cultivo (ETcFAO-56) con el Método FAO-56

Con la Ecuación 3 se calculó el valor de la Evapotranspiración del cultivo con el método FAO-56 (ETcFAO-56) propuesto por Allen et al. (1998) y en la Figura 3 se observa su comportamiento durante el período de estudio. Dado que el cálculo de ETcFAO-56 se hace en función de la ETo, su comportamiento es muy similar al mostrado por ésta en la gráfica se observa que la ETc se incrementó desde 3.5 mm d-1 (inicio de la evaluación) hasta un valor máximo de 6.9 mm d-1 (45 días después de iniciado el estudio), posteriormente descendió hasta 3.6 mm d-1 y se incrementó nuevamente hasta 7.1 mm d-1 (67 días después de iniciado el estudio) para finalmente descender hasta 2.4 mm d-1 en su valor mínimo. La existencia de un doble ciclo de desarrollo en el cultivo de chile se debe al manejo de la fertilización del cultivo y a las condiciones climáticas de la zona, lo cual fue concluido por Miranda et al. (2006) al estimar la ETc en chile en la región noreste de Brasil. La Evapotranspiración total estimada con el método FAO-56 fue de 363.6 mm durante el período de estudio.

Riego Aplicado en el Período de Estudio

Salvo algunas excepciones, la lámina fue mayor que ETcEddy, por lo que existía humedad residual almacenada en el suelo. La lámina de riego máxima aplicada fue de5.4 mm d-1, que coincidió con la ETcEddy máxima diaria alcanzada. La lámina de riego total aplicada fue de 280.8 mm, superior en 3.8% a la lámina total estimada con el sistema CE (Figura 3).

Análisis de la Relación entre ETcEddy y ETcFAO-5

Para analizar estadísticamente la relación entre los valores de ETc con los diferentes métodos, se utilizaron las ecuaciones 5, 6, 7 y 8. Los resultados de los diversos parámetros estadísticos considerados se muestran en la Figura 4. Krause et al. (2005) señalan que un valor negativo de E indica una baja eficiencia del modelo para representar los datos medidos; por lo que para este estudio, el valor negativo de E indica una baja eficiencia del método FAO-56 para representar los datos medidos con el método de Covarianza de torbellinos, a partir de los coeficientes de cultivo originalmente propuestos por la metodología; esto indica que se deberán ajustar dichos coeficientes para las condiciones locales de manejo de cultivo de chile bell en el valle de Culiacán.

Figura 4 Relación estadística entre la evapotranspiración estimada con los método FAO-56 y Covarianza de torbellinos. 

Coeficiente de Cultivo (Kc)

Considerando lo anterior, y con el objeto de evitar el uso del Kc dual, se obtuvo un valor de Kc ajustado utilizando una función cuadrática que relaciona los datos de Kc estimados con ETcEddy y ETo y los días después del trasplante (DDT) (Figura 5).

Figura 5 Comportamiento del coeficiente de cultivo (Kc) estimado con ETo y los valores de ETcFAO-56' ETcEddy y la ecuación de ajuste. 

Del mismo modo, en esta Figura se observa el comportamiento de los valores de Kc calculados con ETcEddy y ETcFAO-56 Al revisar el comportamiento de Kc estimado con ETcEddy, se encontró que la curva de Kc muestra dos ciclos de desarrollo, en el primero de ellos, el valor de Kc creció de 0.61 hasta un valor máximo de 1.17 y se redujo nuevamente hasta 0.68; mientras que en el segundo ciclo, comenzó con un valor de 0.68 hasta llegar a un valor máximo de 1.21 y terminar con un valor de 0.49. Por otro lado, al calcular los valores promedio de Kc para la etapa de máximo desarrollo del cultivo y la etapa final del mismo, se obtuvieron valores de 0.86 y 0.66, respectivamente. Al revisar el Kc dual calculado con el método FAO-56, se observa que este se mantiene prácticamente constante durante la etapa de máximo desarrollo, mostrando también dos valores máximos, el primero de 1.21 y el segundo de 1.22, sin embargo, los valores de Kc promedio estimados con el procedimiento del coeficiente dual propuesto por Allen et al. (1998), fueron 1.16 para la etapa de máximo desarrollo (etapa media) y 0.87 para la etapa final del cultivo. Al comparar los resultados de Kc obtenidos en el presente trabajo con aquellos encontrados por Miranda et al. (2006) para chile tabasco es posible afirmar que existe similitud en el comportamiento de Kc, Miranda et al. (2006) reportaron dos ciclos de Kc con valores máximos de 1.22 y 1.08; mientras que para la etapa final del cultivo reportan valores de 0.65 y 0.60, que coinciden prácticamente con los valores estimados en esta investigación.

Por otro lado al determinar los valores promedio de Kc, los valores encontrados en esta investigación coinciden con los valores reportados por Rodríguez et al. (2011), quienes obtuvieron un valor de 0.85 en chile banana, regado mediante goteo, estos autores también señalan que durante algunos días de evaluación se presentaron valores superiores a 1, ocurriendo lo mismo en la presente investigación. Ahora bien, los valores de Kc promedio identificados en este trabajo para las etapas de máximo desarrollo (etapa media) y maduración (etapa final) del cultivo, no coincidieron con los valores reportados por Allen et al. (1998), quienes sugieren valores de 1.15 para kc en la etapa media y 0.9 de kc en la etapa final del cultivo, valores superiores a los estimados en este trabajo.

Un aspecto importante del Kc calculado es que este incluye tanto la fracción relacionada con la transpiración (Kcb), como aquella relacionada con la evaporación (Ke). La estimación del coeficiente dual del cultivo, particularmente el Kcb, es importante porque permitiría estimar la ETc para otros métodos de riego como el de gravedad con diferente régimen de riego y mayor impacto sobre el Ke y en consecuencia el Kc. Para dividir el valor de Kc estimado con ETc medido con el método CE, es razonable asumir que existe una proporcionalidad entre Kcb y Ke de los métodos FAO-56 y Covarianza de torbellinos, de lo cual resultarían los valores del Cuadro 1.

Cuadro 1 Separación de los coeficientes basal del cultivo (kcb) y coeficiente de evaporación del suelo (Ke) del Kc dual estimado. 

Kc dual Kcb Ke
FAO-56 (etapa media) 1.16 1.1 0.06
FAO-56 (Etapa final) 0.87 0.8 0.07
CE (Etapa media) 0.86 0.82 0.04
CE (Etapa final) 0.66 0.61 0.05

Evapotranspiración del Cultivo Ajustada (ETcajust)

Con los valores de Kc ajustado, calculados con la ecuación cuadrática de la Figura 5 y la ETo se evaluó la ETc ajustada (ETcajust). Al revisar y comparar el comportamiento de la ETcajust, se observó que esta se mantuvo por debajo de la ETo, ajustándose de una manera aceptable a los valores de ETcEddy. Los valores promedio para ETcajust fueron de 0.86 y 0.64 para las etapas fenológicas media y final del cultivo, respectivamente; lo cual concuerda con los valores de Kc promedio estimados con el método de Covarianza de torbellinos. La ETcajust total estimada en el período fue de 261.5 mm, lo que representa un error relativo de 2.3% con respecto a la ETcEddy. Al calcular los parámetros de eficiencia estadística se observó que estos mejoraron de manera significativa, obteniéndose una R2 de 0.67, RMSE de 0.41 mm d-1, E de 0.67 y d igual a 0.90.

Conclusiones

Los resultados indican que para el período de mediciones del presente estudio, el método FAO-56 sobrestimó en 36% la ETc acumulada medida con el método de Covarianza de Torbellinos (CE). Los coeficientes de cultivo estimados para las etapas intermedia y final fueron 0.86 y 0.66 con el método CE, menores que los valores de 1.16 y 0.87 estimados con el método FAO-56 utilizando el enfoque de coeficiente dual. Los valores de Kc son fuertemente influenciados por las condiciones de manejo de cultivo, y en este caso, la menor cobertura del terreno lograda con el marco de plantación aplicado en relación con otros estudios, pudiera explicar los menores valores de Kc derivados de las mediciones de ETc con el método CE. Al combinar los coeficientes Kc obtenidos con los propuestos por la FAO para la etapa inicial del cultivo, se tiene que para las condiciones de manejo de este estudio, se pueden aplicar los Kc de 0.6, 0.86 y 0.66 para estimar ETc en las etapas inicial, intermedia y final del cultivo de chile bell en el valle de Culiacán. Por otra parte, para poder utilizar el coeficiente dual y cuantificar de manera separada la evaporación directa y su impacto sobre ETc en otros sistemas de riego, los coeficientes Kcb serían: 0.15, 0.82 y 0.61. Se recomienda validar los coeficientes Kc en otros ciclos agrícolas.

Agradecimientos

Se agradece a la empresa agrícola TRICAR por las facilidades otorgadas para realizar el presente trabajo en el Campo "El Cafetal", particularmente al ingeniero Francisco Javier Bejar Castañeda, administrador de la empresa y al ingeniero José Contreras García, responsable de campo de la empresa. Asimismo, a los Departamentos de Física y Agricultura y Ganadería de la Universidad de Sonora por el apoyo brindado para uso de equipo propiedad de la Universidad.

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Recibido: Enero de 2015; Aprobado: Julio de 2015

Autor responsable profe.jesus@uas.edu.mx

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