Técnicas de conservación del agua en riego por gravedad a nivel parcelario*

Water conservation techniques in surface irrigation at plantation level

Hilario Flores-Gallardo¹, Ernesto Sifuentes-Ibarra², Héctor Flores-Magdaleno³, Waldo Ojeda-Bustamante⁴ y Cristo R. Ramos-García⁵

¹ Campo Experimental Valle del Guadiana- INIFAP. Carretera Durango-El Mezquital km 4.5, Durango, México. C. P. 34170.

² Campo Experimental Valle de Fuerte- INIFAP. Carretera Internacional México-Nogales km 1609, Guasave, Sinaloa, México. (sifuentes.ernesto@inifap.gob.mx).

⁴ Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac 8532, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos, México. C. P. 62550.

⁵ Universidad Autónoma de Sinaloa. Escuela Superior de Agricultura del Valle del Fuerte. Gral. Juan José Ríos, Ahome, Sinaloa, México. (wojeda@tlaloc.imta.mx). §Autor para correspondencia: flores.hilario@inifap.gob.mx.

* Recibido: agosto de 2013
Aceptado: diciembre de 2013

Resumen

En México, la disponibilidad de agua en zonas áridas y semiáridas es altamente critica. El sector agrícola requiere de grandes volúmenes de agua para satisfacer los requerimientos hídricos de los cultivos. Apesar de la adquisición de sistemas de riego para tener un manejo eficiente del agua, la mayor parte de las zonas agrícolas cuentan con tecnología de riego inadecuada que genera pérdidas en la conducción y distribución del agua. El riego por gravedad a nivel parcelario tiene una baja eficiencia en su aplicación y además, no existe una programación y medición del riego para satisfacer las demandas de los cultivos en términos de oportunidad y eficiencia. La presente investigación se realizó en el norte de Sinaloa, México durante el ciclo agrícola otoño-invierno 2006-2007, se sembró maíz (Zea mays L.) en el Campo Experimental Valle del Fuerte (INIFAP) y con un productor cooperante. Las técnicas de conservación del agua en riego por gravedad evaluadas fueron las siguientes: riego en camas, riego por reducción de gasto, riego por surcos alternos y riego convencional. La técnica de surcos alternos fue la mejor alternativa en términos de eficiencia de riego y rendimiento; obteniendo en el Campo Experimental 13.8 t ha^-1 en promedio, 83.65% de eficiencia de aplicación y 88.19% de uniformidad, y con el productor 11.86 t ha^-1 con 79% de eficiencia de aplicación y 83.42% de uniformidad.

Palabras clave: Zea mays L., eficiencia de riego, requerimiento hídrico.

Abstract

In Mexico, the availability of water in arid and semi-arid areas is highly critical. The agricultural sector requires large volumes of water to meet the water requirements of crops. Despite the acquisition of irrigation systems to have an efficient management of water, most of the agricultural areas have inadequate irrigation technology that generates conveyance losses and water distribution. Gravity irrigation at plantation level has a low efficiency in implementation and there is no measurement and irrigation scheduling to meet the demands of the crop in terms of timeliness and efficiency as well. This research was conducted in northern Sinaloa, Mexico during the autumn-winter 2006-2007 season, sowing maize (Zea mays L.) in the Fort Valley Experimental Field (INIFAP) and with a cooperating producer. The water conservation techniques in surface irrigation evaluated were: irrigation in beds, irrigation expenditure reduction, alternate furrow irrigation and conventional irrigation. Alternate furrow technique was the best alternative in terms of irrigation efficiency and performance, getting in the Experimental 13.8 t ha^-1 on average, 83.65% efficiency ofapplication and 88.19% uniformity, and producer 11.86 t ha ^-1 with 79% efficiency of application and 83.42% uniformity.

Key words: Zea mays L., irrigation efficiency, water requirement.

Introducción

La superficie cultivada en el mundo es aproximadamente de 1 527 millones de hectáreas (FAO, 2011), de las cuales 19.71% corresponde a la agricultura de riego y gran parte de dicha superficie presenta problemas por incertidumbre en los volúmenes disponibles en sus fuentes de abastecimiento. Las grandes zonas agrícolas de México se ubican en las zonas áridas y semiáridas, las cuales requieren del riego para asegurar rendimientos comerciales. La agricultura desarrollada en estas zonas es vulnerable ante los efectos de la variabilidad climática, el cambio climático y a los fenómenos climatológicos extremos como ciclones, heladas, sequías, etc (Flores-Gallardo et al, 2006; Ojeda-Bustamante et al, 2011).

Los cambios en los patrones climáticos actuales por efectos del cambio climático, demandará el uso frecuente de herramientas para conocer con mayor certidumbre la respuesta de los cultivos en condiciones climáticas contrastantes (Flores-Gallardo et al, 2013). Los métodos de riego por gravedad son los más comunes para aplicar el agua en los terrenos agrícolas de zonas áridas, semiáridas y subhúmedas a nivel mundial y en México no es la excepción (Benjamin et al., 1994; González-Camacho et al., 2006). Lo anterior es atribuible a la simpleza de su operación y al bajo consumo de energía (Cabrera, 1994). Es necesario e importante un manejo adecuado del riego a nivel parcelario mediante un seguimiento constante que permita realizar evaluaciones sobre la eficiencia y distribución del agua para mejorar la aplicación del riego (Flores-Gallardo et al., 2012).

Debido a que la competencia por la disponibilidad de agua es cada vez más fuerte, existe la necesidad de generar un reconocimiento económico, social y ambiental al buen uso del agua. Por tal motivo, para que una calendarización y la supervisión del servicio de riego en grandes zonas sean efectivas, es importante el ajuste de la frecuencia y cantidad del riego con base en factores del suelo, ambiente, planta y manejo del riego, lo cual demanda de modelos de fácil implantación en los sistemas computacionales (Ojeda-Bustamante et al., 2006).

El uso del riego en camas se ha utilizado para evaluar la distribución de los niveles de nitrógeno en maíz aunque se ha visto ligeramente superado por el riego convencional (Patel et al, 2006). Sin embargo, en México se ha utilizado estatécnica de riego con más énfasis en el cultivo de melón (Cucumis melo L.) a nivel experimental (Robles et al, 2005) y en el caso de la técnica de riego intermitente se ha implementado en melgas y no en surcos (Horst et al, 2005; Quezada et al, 2011).

A pesar de las ventajas de las diferentes técnicas de conservación del agua en riego por gravedad para los diferentes tipos de suelo, su aplicación en México no ha sido analizada a detalle para las condiciones locales de varios distritos de riego, en especial para las condiciones del riego por gravedad porque existen estudios implementando tubería multicompuertas (Arellano et al, 2001; Rosano-Méndez et al, 2001). Gran parte de la aplicación del riego se realiza de acuerdo al criterio que el agricultor ha adquirido como experiencia y al manejo que ofrece cada parcela, ya que la programación científica del riego en la mayoría de los casos se realiza aplicando los procedimientos propuestos por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO por sus siglas en inglés) debido a que existe nula o escaso material bibliográfico generado localmente (Sifuentes y Ojeda, 2005).

Como resultado de las bajas eficiencias de aplicación del riego por gravedad en los distritos y módulos de riego del país, es necesario estudiar diferentes alternativas de manejo del riego como el caso de las técnicas de conservación del agua en riego por gravedad en el cultivo de maíz. El objetivo del presente trabajo fue evaluar las siguientes técnicas: a) riego por surcos alternos; b) riego por reducción de gasto; y c) riego en camas para las condiciones del distrito de riego 075 "Río Fuerte", Sinaloa. La evaluación de dichas técnicas se realizó con respecto a la aplicación del riego convencional por surcos en el área de influencia del distrito de riego 075.

Materiales y métodos

El presente estudio se desarrolló en el distrito de riego 075 "Río Fuerte" durante el ciclo agrícola otoño-invierno 2006-2007, localizado en la zona árida del norte de Sinaloa, México con unas coordenadas geográficas de 25° 48' 53" latitud norte, 109° 1' 32" longitud oeste y una altitud promedio de 20 m. Este distrito de riego es de los más grandes en cuanto a superficie se refiere en México, donde el maíz ocupa 57% en promedio de la superficie anual cosechada (CONAGUA, 2012). De acuerdo con el plan de cultivos típico en dicho distrito de riego, el maíz es el principal cultivo establecido en el ciclo agrícola otoño- invierno con una superficie de 65.8% y en el ciclo primavera-verano con 33.8% (Iñiguez-Covarrubias et al., 2011).

Se establecieron tratamientos en el Campo Experimental Valle del Fuerte y con un productor cooperante (nivel comercial) para evaluar diferentes técnicas de riego: riego en camas (se construyen camas mediante bordos de 1.6 m de ancho y 20 cm de altura), riego por reducción de gasto (generalmente se utilizan gastos altos al 75% de avance del riego pero en este experimento se utilizaron dos sifones con lo cual se redujo el gasto quitando un sifón), riego por surcos alternos (se construyen surcos normales pero no se riega un surco, el cual se alterna en el siguiente riego; lo cual implica que se riegue el surco que no se usó al momento del siguiente riego) y el riego convencional (se riegan todos los surcos) (Figura 1). La superficie total de las dos parcelas (Campo Experimental Valle del Fuerte y con el productor cooperante) donde se establecieron los tratamientos fue de 3 hectáreas en cada una de las parcelas; 7 500 m² por cada técnica de conservación del agua y el riego convencional.

Los parámetros para el diseño de riego por gravedad se obtuvieron con el modelo RIGRAV (Figura 2) desarrollado por Rendón-Pimentel et al. (1995) y poder determinar los parámetros hidráulicos en promedio para el Valle del Fuerte, ya que para este tipo de diseños sólo se aplican como apoyo los determinados por las ecuaciones 1 y 2 desarrolladas por Green y Ampt (1911); Rawls y Brakensiek (1983). Es importante señalar que sólo para el riego convencional no se aplicó un diseño de riego por gravedad, lo cual fue con fines comparativos entre las técnicas evaluadas con el manejo que utiliza cualquier productor de la región.

θ_CC= 0.3486 - 0.0018 (arena) + 0.0039 (arcilla) + 0.0228 (MO) - 0.0738 (ρ_a) (1)

θ_PMP= 0.0854 - 0.0004 (arena) + 0.0044 (arcilla) + 0.0122 (MO) - 0.0182 (ρ_a) (2)

Una vez colectadas las muestras necesarias de suelo en la parcela establecida en el Campo Experimental Valle del Fuerte y con el productor cooperante, se obtuvieron los datos de θ_CC, θ_PMP, MO, ρ_a, arcilla, limo y arena (Cuadro 1).

Para un buen uso del modelo RIGRAV, se deben comprender las fases de riego que dicho modelo considera para generar un diseño de riego por gravedad a nivel parcelario: a) fase de avance (inicia cuando se introduce el agua de riego en la cabecera superior del surco y termina cuando el frente de avance alcanza el extremo inferior); b) fase de almacenamiento (inicia cuando el agua llega al final del surco y concluye cuando se corta el suministro de agua en la parte superior del surco); c) fase de consumo (es el tiempo que trascurre entre el corte del agua y la desaparición del tirante de agua en el inicio del surco); y d) fase de recesión (inicia a partir de que el tirante de agua desaparece en el inicio del surco y termina cuando el tirante de agua desaparece de la superficie del surco).

Para generar el diseño del riego por gravedad para la parcela del Campo Experimental Valle del Fuerte y del productor cooperante, se calibraron los parámetros en el riego de asiento, primer y segundo riego de auxilio para generar las fases de avance, recesión y de almacenamiento, midiendo las fases de avance y recesión desde el inicio hasta el fin del surco. Por lo tanto, se tomó en cuenta el gasto óptimo a utilizar en el momento que se deba regar de acuerdo con los parámetros hidráulicos del suelo y los datos generales requeridos por el modelo RIGRAV (Cuadro 2).

También debe considerarse el arreglo topológico como el espaciamiento entre surcos para establecer un determinado cultivo y el trazo de los surcos de acuerdo a la pendiente para tener un manejo adecuado del agua logrando una mejor distribución de la humedad en el suelo con mejores eficiencia de aplicación (Stone y Nofziger, 1993;Arellano et al., 2001).

Para complementar los atributos de cada tratamiento, se realizaron evaluaciones en términos de eficiencias de aplicación y distribución mediante aforo de sifones y mediciones de la humedad del suelo con un sensor denominado Time Domain Reflectometry (TDR), un medidor de carga hidráulica así como muestreos de suelo con barrena para determinar el volumen de agua en el suelo con el método gravimétrico. El criterio para aplicar los subsecuentes riegos en cada parcela fue con base en el pronóstico y el calendario de riego mediante la programación integral del riego en maíz (Ojeda-Bustamante et al., 2006), la cual utiliza la fenología del cultivo así como datos de suelo para generar los requerimientos de riego en maíz con un ajuste automático a la variabilidad climática (ecuaciones 3, 4, 5 y 6).

Donde= °D son los grados día desarrollo; T_a es la temperatura ambiental diaria; T_c-max y T_c-min son las temperaturas máximas y mínimas del aire, respectivamente y las cuales son los umbrales en que se desarrolla la planta de maíz (30 y 10 °C).

Donde= K_c es el coeficiente del cultivo; K_max es el coeficiente de cultivo máximo; K_co es el coeficiente de cultivo inicial= X es una variable auxiliar que depende de los grados día acumulados (Σ°D); X_max es el valor adimensional normalizado x cuando se presenta el valor máximo K_max; erfc es una función complementaria del error y al es un parámetro de regresión.

Donde: R_d es la profundidad radicular de acuerdo a los a acumulación de Σ°D; R_do es la profundidad inicial de la raíz; R_dmax es la profundidad máxima de la raíz; α2 es un parámetro de regresión y Σ°D son los grados día acumulados.

Donde: MDP es el máximo déficit permitido o factor de abatimiento; α3 y α4 son parámetros de regresión, respectivamente.

Para una estimación en tiempo real, se apoyó en información meteorológica de la red de estaciones agrometeorológicas automatizadas del distrito de riego 075 "Río Fuerte" y la cual se fusionó en tiempos recientes con la red nacional de estaciones estatales agroclimatológicas de la Coordinadora Nacional de las Fundaciones Produce (COFUPRO) y del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). Lo ideal en el riego por gravedad a nivel parcelario es que todas las plantas reciban la misma cantidad de agua, lo cual equivale a una aplicación uniforme de la lámina de riego en toda la longitud del surco y para evaluar dicha uniformidad se aplica la siguiente ecuación del coeficiente de uniformidad de Christiansen (CUC) adaptado para riego por gravedad (Christiansen, 1942):

Donde: Ii es la lámina de riego infiltrada en el punto i; Ī es la lámina de riego infiltrada media y n es el número de puntos considerados para el cálculo de la uniformidad. Generalmente se considera un CUC mayor o igual a 80% como aceptable en riego por gravedad.

En cuanto a la eficiencia de aplicación (EA) del riego (ecuación 8), tiene diferentes connotaciones porque se puede utilizar para el diseño de zonas de riego o para evaluar el riego por gravedad a nivel parcelario (Walker y Skogerboe, 1987).

Donde: Vr es el volumen de agua requerido para satisfacer las necesidades en la zona de raíces del cultivo, y Va es el volumen aplicado de agua al suelo.

Resultados y discusión

En las parcelas donde se evaluaron las técnicas de riego a nivel parcelario, se obtuvieron valores de los parámetros hidráulicos para el diseño de riego por gravedad (Cuadro 3). Dichos valores son aplicables para la mayoría de los suelos del Valle del Fuerte debido a que las características edáficas son similares, ya que predomina una textura arcillosa con una pendiente de 0 a 0.02%.

Es importante mencionar que el modelo RIGRAV requerirá de modificaciones para poder aceptar los parámetros obtenidos en cuanto se refiere a los parámetros hidráulicos del suelo en el presente estudio, ya que sus rangos permitidos de datos están por debajo de los datos obtenidos en campo.

De acuerdo a las condiciones climáticas y agronómicas en el Campo Experimental Valle del Fuerte, se obtuvo un requerimiento total de 44.6 cm (Ln) incluyendo dos lluvias mediante la programación integral del riego en maíz, se consideró una eficiencia de aplicación de 80% en el diseño y manejo del riego con el modelo RIGRAV y se aplicó una lámina bruta de 53.32 cm. A continuación se presentan los requerimientos hídricos y aplicación de láminas de riego para la técnica de riego por surcos alternos (Cuadro 4).

Se midió la aplicación de las láminas de riego, se calculó la eficiencia de aplicación y la uniformidad a los 116 días después de la siembra para las diferentes técnicas de conservación del agua utilizadas, de las cuales sobresalió el riego por surcos alternos con 94.87% (Figura 3).

Para las condiciones predominantes de la parcela del productor cooperante, se obtuvo un requerimiento total de 37.16 cm (Ln) incluyendo también dos lluvias, se consideró una eficiencia de aplicación de 80% en el diseño y manejo del riego con el modelo RIGRAV y se aplicó una lámina bruta de 46.97 cm. Al igual que en la parcela experimental, se presentan los datos de los requerimientos hídricos y la aplicación de láminas de riego para la técnica de riego por surcos alternos (Cuadro 5).

La aplicación de las láminas de riego a los 109 días después de siembra mediante las diferentes técnicas utilizadas, tuvieron una eficiencia de aplicación por arriba de 80% pero sobresalió el riego por surcos alternos con 90.18% (Figura 4).

En cuanto a los rendimientos obtenidos para cada parcela y técnica de conservación del agua, se obtuvieron mejores resultados en la parcela del Campo Experimental Valle del Fuerte así como el riego por surcos alternos (Cuadro 6). Cabe mencionar que se tuvo mejor control en esta parcela porque en la parcela del productor hubo eficiencias más bajas en la aplicación de los riegos debido al manejo ejercido por los regadores durante la aplicación de las técnicas de conservación del agua.

Como consecuencia de un mal manejo del riego convencional, es importante la capacitación del personal de campo (regadores en especial) y técnicos para obtener un mejor uso del agua y evitar percolaciones de fertilizantes nitrogenados a los mantos acuíferos, evitando la contaminación del ambiente y reduciendo los costos de producción.

Conclusiones

Las técnicas de conservación del agua en riego por gravedad son alternativas adecuadas para afrontar los periodos de escasez de agua e incrementar la eficiencia en su uso. Las técnicas de conservación del agua de riego por surcos alternos y riego en camas fueron las que pre sentaron mejores beneficios para reducir las láminas de riego hasta 40%, utilizando el riego convencional se aplican 10 000 m³ ha^-1 y con las técnicas de conservación del agua más sobresalientes, que fueron surcos alternos y riego en camas se redujo el volumen a 6 000 m³ ha^-1.

El riego por surcos alternos registro 2.5 y 0.86 t ha^-1 sobre el rendimiento obtenido con el riego convencional a nivel experimental y comercial, respectivamente. En el caso del riego en camas se registró una diferencia de 0.8 y 0.18 t ha^-1, respectivamente. Lo anterior se atribuye a que la técnica de surcos alternos y riego en camas tuvieron mej ores eficiencias de aplicación y uniformidad en sus riegos, logrando mantener las condiciones óptimas de humedad en el suelo.

Para la aplicación de esta técnicas a nivel comercial, se requiere de capacitaciones adecuadas para los involucrados en el manejo del agua; módulos de riego, técnicos de campo, productores agrícolas y regadores.

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