Uso del agua en la alfalfa (Medicago sativa) con riego por goteo subsuperficial

Water use in alfalfa (Medicago sativa) with subsurface drip irrigation

José Alfredo Montemayor Trejo^a, Herman Walter Aguirre Aguiluz^a, Jesús Olague Ramírez^a, Abel Román López^b, Miguel Rivera González^b, Pablo Preciado Rangel^a, Isabel del Rocío Montemayor Trejo^c, Miguel Ángel Segura Castruita^a, Jorge Arnaldo Orozco Vidal^a, Pablo Yescas Coronado^a

^a Instituto Tecnológico de Torreón. Carretera Torreón–San Pedro Km. 7.5 Torreón, Coahuila, México. montemayorja@hotmail.com. Correspondencia al primer autor.

^c Centro de Bachillerato Tecnológico Agropecuario Nº 1. Ej. La Partida.

Recibido el 23 de septiembre de 2008
Aceptado para su publicación el 6 de enero de 2010

RESUMEN

Con el objetivo de analizar la eficiencia en el uso del agua con el sistema de riego por goteo subsuperficial y por gravedad, durante el año 2004 se realizó la investigación en la Comarca Lagunera de los estados de Coahuila y Durango, México. Se estableció un diseño de bloques al azar con cuatro repeticiones y tres tratamientos de separación de cintas de riego de 0.8, 0.9 y 1.0 m, y como testigo se evaluó el método de riego por gravedad. Se utilizó el método de regresión lineal simple entre las variables días después de siembra y lámina de agua aplicada, para obtener modelos de aplicación de agua con riego por goteo subsuperficial (RGS) y riego por gravedad. La variedad de alfalfa establecida fue la WL 712 con una densidad de siembra de 40 kg ha^–1; el gasto de la cinta fue de 3 L/h por metro lineal con orificios espaciados a 30 cm y espesor de 10,000 micrones. La lámina de riego aplicada fue de 1.39 m en el sistema por gravedad y 1.16 m con riego por goteo subsuperficial. Los consumos de agua promedio diario de los modelos presentaron diferencias t_(α=0.05) y fueron 0.417 y 0.299 cm dia^–1 en gravedad y RGS. El rendimiento de materia seca en siete cortes y la eficiencia en el uso del agua fueron de 24.08 t ha^–1, 2.04 kg m^–3 en subsuperficial y 18.46 t ha^–1, 1.33 kg m^–3 en gravedad (P<0.05).

Palabras clave: Alfalfa, Evapotranspiración, Eficiencia en el uso del agua, Riego por goteo subsuperficial.

The present study was carried out at the Comarca Lagunera, located astride the States of Coahuila and Durango, Mexico, in 2004 in order to analyze water use efficiency in two irrigation systems, subsurface drip and border, in alfalfa. A completely randomized block design with four replications and three treatments for distance between irrigation tapes at 0.8, 0.9 and 1.0 m was established. Border irrigation was used as control. A simple regression method between the variables days after planting and water flow was used for evaluating the amount of water applied in both systems. WL 712 alfalfa variety was planted at 40 kg ha^–1 seeding density; water flow rate in tapes was 3 L h^–1 m^–1 with emitters spaced at 0.3 m and 10,000 µ thick. Irrigation depth was 1.39 m in border and 1.16 m in subsurface drip irrigation. Daily average water consumption showed significant difference between irrigation systems, Tukey _(α=0.05) exhibiting values of 18.46 t ha^–1, 1.33 kg m^–3 in border and 24.08 t ha^–1, 2.04 kg m^–3 in subsurface drip.

Key words: Alfalfa, Evapotranspiration, Water use efficiency, Subsurface drip irrigation.

La alfalfa es considerada la principal especie forrajera que se cultiva en el mundo, en México, el área que se cultiva es alrededor de 338,000 ha con rendimiento promedio nacional de 75.6 t de forraje verde por hectárea por año⁽¹⁾. En la Comarca Lagunera que comprende los estados de Coahuila y Durango, la superficie cultivada ha sido incrementada durante los últimos años; a principios de los años noventas se cultivaban aproximadamente 22,000 ha y para el 2006 45,000, alimentándose más de 400 mil cabezas de ganado lechero de la región⁽²⁾. En investigaciones realizadas en la Comarca Lagunera con respecto a la utilización del agua en la producción de alfalfa, se encontró que es necesaria una lámina de riego de 1.4 a 1.5 m por año, con rendimientos entre 14 y 16 t^–1 ha^–1 año^–1 en base a peso seco^(3,4).

Las crecientes demandas de consumo de agua para el uso doméstico, industrial y agrícola han generado la necesidad de investigar y adoptar nuevas tecnologías que permitan un mejor aprovechamiento de este recurso. En los últimos años se ha trabajado para adoptar una nueva tecnología de riego, llamado sistema de riego por goteo subsuperficial (RGS), que se define como la forma de aplicar agua a los cultivos en forma subterránea mediante emisores con gastos uniformes, que ha reducido el gasto hasta en un 40 % comparado con otros sistemas de riego, y emplea cintas de goteo enterradas en el suelo, lo cual permite conservar el agua e incrementar significativamente la producción y calidad de los cultivos^(5,6). Este sistema de riego, evita la saturación del agua en el suelo y el estrés por déficit de humedad al cultivo antes de la aplicación del siguiente riego. Estas condiciones son comunes cuando los cultivos se riegan con el método de riego por inundación de agua o también llamado riego superficial. El déficit de humedad, provoca un cierre estomático, reduciendo por lo tanto la transpiración y asimilación de CO_2, originando como consecuencia, una menor producción de materia seca⁽⁷⁾.

El crecimiento de la alfalfa, es afectado por la baja concentración de oxígeno en el suelo, causado por la alta saturación de agua al aplicarla con el riego por inundación. Caso contrario ocurre cuando se aplican las cantidades de agua de acuerdo a la evapotranspiración del cultivo, dado que existe una relación lineal entre la materia seca y la evapotranspiración⁽⁸⁾. El RGS, permite un ahorro de agua de 30 y 50 % con respecto al riego por aspersión e inundación, debido que la aplicación de agua en el RGS es de bajo volumen⁽⁹⁾, además de que la pérdida de agua por evaporación directa del suelo y por percolación profunda es mayor en el sistema de inundación; en el RGS la capa superior del suelo permanece prácticamente seca, disminuyendo la evaporación directa desde el suelo y la proliferación de malezas^(3,10). Estudios recientes de la evapotranspiración, demostraron que ésta fue 81 mm mayor en los goteros superficiales con respecto los subsuperficiales⁽¹¹⁾.

La variación en los rendimientos de los cultivos depende de la uniformidad de la humedad en la superficie y la variación del contenido de humedad del suelo⁽¹²⁾. El RGS permite una alta eficiencia en el uso del agua, con un ahorro del 46 % en el volumen utilizado y un incremento de forraje seco en la alfalfa del 33 % con respecto al riego por inundación⁽¹³⁾. Entre las ventajas adicionales que ofrece este sistema se encuentra la aplicación de agroquímicos por medio de inyección; permitiendo ahorro en mano de obra y un mejor aprovechamiento de los nutrimentos por el cultivo^(14,15). El objetivo de esta investigación fue analizar la produccion de materia seca, lámina de agua aplicada y eficiencia en el uso del agua con riego subsuperficial y por gravedad en el cultivo de alfalfa.

La Comarca Lagunera se ubica entre los meridianos 101° 41’ y 104° 61’ de longitud oeste y los paralelos 24° 59’ y 26° 53’ de latitud norte. Cuenta con una extensión montañosa y una superficie plana donde se localizan el área agrícola, así como la zona urbana. La extensión territorial asciende a 47,887 km² y está a 1,100 msnm. Su clima es seco desértico, con lluvias en verano e invierno fresco. La humedad relativa en la región varía, 31 % en primavera, 47 % en verano, 58 % en otoño y 40 % en invierno. La precipitación pluvial media anual es de 258 mm y la evaporación media total es de 2,000 mm anuales, lo que hace que la relación precipitación – evaporación sea de 1:10; la temperatura media anual es de 21 °C con intervalos de 33.7 °C como máxima, y 7.5 °C como mínima. Las heladas se presentan de noviembre a marzo, aunque en algunas ocasiones se presentan en forma temprana en octubre y de forma tardía en el mes de abril⁽¹⁶⁾. El Distrito de riego cuenta con un volumen total de agua disponible que en promedio alcanza 2,530 millones de m³, de los cuales 1,278 corresponden a fuentes de agua superficiales y 1,252 a fuentes subterráneas. Los volúmenes de agua superficial son aprovechados en la agricultura por medio de obras de almacenamiento entre las que destacan las presas "Lázaro Cárdenas" y "Francisco Zarco", con una capacidad total de almacenamiento de 3,343 y 438 millones de m³, ambas almacenan agua del río Nazas⁽²⁾. La distribución aproximada por uso del volumen total es de 86.4 % para la agricultura, 2.8 % para la actividad pecuaria y el resto es utilizado en otras actividades. El agua subterránea que es utilizada en la agricultura asciende a un volumen total anual de 1,252 millones de m³ extraídos mediante la explotación de aproximadamente 2,502 pozos profundos en toda la región y que provocan un abatimiento anual promedio de 1.7 m⁽¹⁷⁾.

El trabajo se realizó en los meses de enero a diciembre del 2004 en la pequeña propiedad "El Cercado"; ubicada en el km 7.5 de la antigua carretera Torreón – San Pedro. El sistema de riego por goteo subsuperficial se estableció en una superficie de 2 ha, donde el suelo se caracteriza por una textura franco arcillo arenosa (Cuadro 1): la cual fue determinada por el método del Hidrómetro de Bouyoucos, en el laboratorio del Instituto Tecnológico de Torreón (ITT). Antes de la siembra se eligieron seis puntos de muestreo al azar en el lote experimental, donde se tomaron muestras de suelo a profundidades de 0–30 y 3060 cm; posteriormente se formaron tres muestras compuestas para cada profundidad y se determinó la densidad aparente (Da), capacidad de campo (CC) y punto de marchites permanente (PMP), estas características fueron determinadas con el método de la parafina y el de la olla de presión. La siembra se realizó en suelo seco el 21 de enero 2004, con el hibrido WL 712 en una densidad de siembra de 40 kg ha^–1.de semilla peletizada. Posteriormente se aplicó el riego de siembra por gravedad para lograr la germinación a todos los tratamientos. La cosecha se realizó en forma manual en cada unidad experimental al inicio de floración del cultivo para cada corte, y se registraron los pesos de forraje en verde. Para calcular la materia seca se tomó una muestra y se secó en estufa de aire forzado marca Binder modelo BD a 60 °C hasta alcanzar peso constante.

Los tratamientos evaluados fueron tres separaciones de cinta de riego 0.8, 0.9 y 1.0 m a una profundidad promedio de 0.4 m y un testigo de riego por gravedad. El diseño experimental utilizado fue de bloques al azar con cuatro repeticiones con unidades experimentales de 1,200 m². El gasto de la cinta fue de 3 L/h por metro lineal, con orificios espaciados a 0.30 m y de un espesor de 0.25 mm. Las variables evaluadas fueron rendimiento de materia seca, lámina de riego aplicada y eficiencia en el uso del agua. El volumen de agua aplicada en el sistema de goteo subsuperficial, fue registrado con un medidor volumétrico de una capacidad de 1 a 5 L/segundo, instalado en la tubería principal del sistema de riego. Para la aplicación de láminas y tiempos de riego en el sistema de RGS se utilizó la ecuación de Boswell⁽¹⁸⁾ modificada al sistema métrico decimal y se expresa como: T_r=[(S * E_t)/ (Q * E_α). Donde: T_r=tiempo de riego en horas, S=separación de cintas en metros, E_t=evapotranspiración del cultivo metros dia^–1, Q=gasto de la cinta por metro lineal en metros cúbicos por hora y E_α=eficiencia de aplicación. La evapotranspiración del cultivo fue estimada con la evaporación de un tanque tipo "A" multiplicada por un coeficiente de 0.75^(19,20). Una vez calculados los tiempos de riego para cada tratamiento, estos fueron programados en un controlador tipo "timer", para obtener una mejor precisión de los inicios y paros del sistema, auxiliándose también con válvulas tipo solenoides en las secciones de riego. La eficiencia del uso del agua (eua) definida como la producción de materia seca por unidad de volumen de agua aplicada (kg m^–3), fue calculada para cada uno de los tratamientos y se realizaron los análisis de varianza entre cada corte, así como la producción total de biomasa de los siete cortes y el volumen total de agua aplicado. Para estimar el consumo promedio diario de agua por el cultivo en ambos sistemas de riego, se utilizó el método de regresión lineal simple y se correlacionó los días después de siembra versus lámina de agua aplicada, y lámina evaporada de un tanque tipo "A" ubicado in situ, esta lámina fue solo registrada del primero al séptimo corte. El modelo se expresa como: Y_ij =β₁X_i + β₀ + e_ij donde Y_j=lámina aplicada (cm); X_i=días después de siembra; β₁=pendiente de la recta (cm día^–1); β₀=intercepto en el origen (cm) y e_ij=errores del modelo con media cero y varianza uno. Para diferenciar los modelos estadísticamente, se compararon los parámetros β₁ pendiente de la recta o consumo promedio diario, mediante una prueba de "t"(P=0.05) de Student, lo anterior fue realizado en dos etapas: desde la siembra hasta el primer corte, conocida como establecimiento del cultivo y del primero al séptimo corte.

La producción de materia seca desde la siembra al primer corte, se realizó a los 103 dds, el rendimiento medio de las tres separaciones de cinta fue de 4.66 t ha^–1, se encontró una diferencia estadística de 2.12 t con respecto al riego por gravedad que fue de 2.54 t, y que representó un 83 % más de forraje seco. En las separaciones entre cintas, los resultados obtenidos, mostraron una relación lineal con tendencia negativa con respecto a la separación de las cintas de riego; es decir a mayor separación menor producción. De esta forma el menor rendimiento de 3.88 t ha^–1 fue para la separación de 1.0 m y el mayor de 5.57 t fue para la separación de 0.8 m, (P<0.05); en las separaciones de 0.9 y 1.0 m se encontraron rendimientos estadísticamente iguales, sin embargo, estos fueron superiores al obtenido en el sistema de riego por gravedad (Cuadro 2). Este comportamiento se explica por el estrés hídrico generado en la planta debido a la menor disponibilidad de agua, provocado por la mayor distancia de las raíces de la planta hacia los puntos de emisión de la cinta^(21,22), y se manifiesta también en la estructura del dosel del cultivo: éste presenta una apariencia de "ondas" que se generan por la diferencia de alturas entre plantas, las cuales, son de mayor altura en los puntos de emisión de la cinta y de menor altura en las plantas ubicadas en el centro entre la separación de las hileras. Para suelos francos se recomienda una separación de 0.8 m entre cintas y se sugiere modificar la separación para otras texturas⁽²³⁾; mientras que otros⁽²²⁾ reportan efectos en rendimiento de alfalfa por la separación de la cinta y no por la profundidad, con rendimientos de hasta 12.75 t ha^–1 de materia seca para cuatro cortes de alfalfa, en separaciones de cinta de 1.0 m y 0.45 m de profundidad.

La eficiencia en el uso del agua durante el establecimiento del cultivo, los cocientes obtenidos variaron en función de la separación de cintas y tipo de sistema de riego, las separaciones de 0.8 y 0.9 m fueron iguales (α= 0.05) con valores de 1.13 y 0.92 kg m^–3 (Cuadro 2). Con respecto al sistema de gravedad, la media obtenida fue de 0.51 kg m^–3 y fue menor a la media encontrada en RGS de 0.94 kg m^–3 lo que indica que con el mismo volumen de agua, se produjo en el primer corte 84 % más de forraje con el sistema de riego subsuperficial. Trabajos previos realizados en Wadsworth, Nevada durante 1984 y 1985⁽²⁴⁾ indican que para producir una tonelada de materia seca de alfalfa, se requieren de 15.5 a 21.3 cm t^–1 de lámina de riego. En el presente trabajo la separación de 0.8 m entre cintas, requirió de 8.8 cm t^–1 para la producción del primer corte, mientras que para el riego por gravedad fue de 19 cm t^–1. Trabajos desarrollados con RGS durante 1997 y 1998 reportan eficiencias del uso del agua de 4.9 a 16.8 cm t^–1 de materia seca, con diferencias estadísticas entre los ciclos del cultivo⁽²⁵⁾.

De la siembra al primer corte, se aplicaron siete riegos en el sistema por gravedad: el primero un día después de la siembra (dds), y posteriores a los 9, 15, 24, 34, 53 y 79 dds, con una lámina de agua acumulada de 50 cm. En el sistema subsuperficial fueron seis por gravedad: el primero un día después de la siembra, y posteriores a los 9, 15, 24, 34 y 53 dds con una lámina de 38 cm; y durante los 23 a los 91 dds se aplicó una lámina de 12 cm con subsuperficial, la cual fue aplicada en promedio, cada tercer día, con tiempos de 2 a 4 horas.

Los modelos de regresión obtenidos desde la siembra al primer corte, se presentan en la Figura 2. En el análisis de varianza, los modelos resultaron altamente significativos t_(P=0.01) con coeficientes de determinación (R²) de 0.96 y 0.99 para subsuperficial y gravedad. El consumo promedio diario fue de 0.55 cm día^–1 en gravedad y 0.43 cm día^–1 en RGS, (P>0.05) (Cuadro 3). Trabajos elaborados en los ciclos de 1999 y 2000 en el estado de Kansas, EE.UU. reportan promedios diarios de 0.38 y 0.4 cm día^–1 con RGS⁽²²⁾. Para el valle de Santo Domingo, BCS, se reportan consumos de 0.2 a 0.3 cm día^–1 durante los meses de enero a marzo y hasta 0.7 cm dia^–1 en julio en la alfalfa, e indican que estas variaciones dependen del clima, variedad, tamaño y densidad de plantas⁽²³⁾.

Del segundo al séptimo, los cortes se realizaron a los 125, 156, 187, 248, 278 y 308 dds. En el Cuadro 4 se presenta el comportamiento de los rendimientos de la materia seca para cada tratamiento; en el segundo corte los rendimientos en el sistema de RGS fueron más estables e iguales, el más alto de 4.5 t ha^–1 se obtuvo en la separación de 0.9 m y una media de 4.09 t ha^–1 con RGS que resultó superior al rendimiento obtenido en el sistema por gravedad de 2.85 t ha^–1, esta diferencia representó 43.5 % más de biomasa. Los rendimientos del tercero, cuarto y quinto corte en el sistema de RGS, fueron en promedio de 3.16, 3.21 y 3.08 t ha^–1 y estadísticamente mayores a los obtenidos en riego por gravedad, con valores de 2.71, 2.41 y 1.92 t ha^–1; entre las separaciones de cintas el rendimiento más alto fue en la de 1.0 m con 3.52 t ha^–1 en el tercer corte, y en la 0.9 m para el cuarto y quinto corte con valores de 3.37 y 3.26 t ha^–1. En los cortes seis y siete, los rendimientos resultaron iguales en ambos sistemas de riego, la producción promedio en RGS fue de 2.68 y 2.82 t ha^–1 y por gravedad de 3.01 y 3.0 t ha^–1, debido posiblemente a las precipitaciones registradas durante estos periodos (45 mm), lo que provocó que los rendimientos se uniformizaran en ambos sistemas de riego; también se presentaron problemas de taponamiento en los orificios de las cintas, principalmente en las separaciones de 0.9 y 1.0 m, para lo cual se aplicó acido sulfúrico al 3%, lo que puede explicar la sensible baja de producción en estos cortes.

La comparación de medias de materia seca acumulada durante el año correspondiente a siete cortes, se presenta en el Cuadro 5. En RGS fueron producidas 24.08 t ha^–1 y por gravedad 18.46 t, la diferencia de 5.62 t, representó un incremento de 30 % más de forraje. Los rendimientos más altos de 24.79 y 24.06 t fueron obtenidos en las separaciones de cinta de 0.8 y 0.9 m, y se encontraron diferencias entre las separaciones de 0.8 y 1.0 m, un rendimiento de 2.4 t ha^–1 superior en cintas a 0.8 m, que representó el 9.6 % más de producción entre ambos tratamientos.

La eficiencia en el uso del agua como resultado de la producción acumulada de los siete cortes y lamina total aplicada, se muestra en el Cuadro 5. Las separaciones entre cintas de 0.8 y 0.9 m presentaron resultados iguales con valores de 2.14 y 2.07 kg m^–3, ambos fueron diferentes al valor de 1.93 kg obtenido en la separación de 1.0 m. En el sistema por gravedad, la eficiencia fue 1.3 kg m^–3 y menor a la media de las separaciones de cinta, que fue de 2.0 kg. Estos resultados expresados en términos de lámina para la producción de una tonelada de materia seca, corresponden a 4.68, 4.82, 5.18 y 7.52 cm, para los tratamientos de 0.8, 0.9, 1.0 m de separación y el sistema de gravedad. Se reportaron valores de eficiencia de 4.9 a 16.8 cm t^–1, durante un periodo de estudio de dos años en alfalfa con RGS ⁽²⁵⁾.

En el sistema por gravedad se aplicó una lámina desde la siembra al séptimo corte de 139 cm: la lámina promedio entre cortes fue de 12 cm, los cuales variaron de acuerdo a las condiciones del clima; en el RGS las aplicaciones de agua fueron en promedio cada tercer día, y variaron de 0.4 a 1.0 cm día^–1 con una lámina total de 116 cm, y la evaporación en el mismo periodo fue de 154 cm.

Los modelos de regresión obtenidos en riego subsuperficial, gravedad y evaporación, mostraron una correlación altamente significativa con coeficientes de determinación de 0.96, 0.98 y 0.96 (Figura 2). Con relación a consumo, se encontraron diferencias entre subsuperficial vs gravedad y vs evaporación, no así para gravedad vs evaporación (Cuadro 6); se consumieron 0.299 cm día^–1 en subsuperficial y 0.417 cm por gravedad; en un trabajo desarrollado en Kansas USA⁽²²⁾ en los ciclos de 1999 y 2000, se encontraron consumos promedio diarios de 0.38 y 0.4 cm con RGS. Por otra parte, en el modelo de evaporación obtenido, se encontró que la evaporación promedio diaria fue de 0.438 cm día^–1 y al compararlo con los obtenidos en los dos sistemas de riego, se encontró que la lámina promedio diaria en el sistema de gravedad fue inferior en 0.21 mm y de 1.39 mm en RGS. La relación evapotranspiración – evaporación conocida como coeficiente de cultivo (Kc), en el periodo analizado, fue de 0.9 en riego por gravedad y de 0.75 en RGS. Este valor inferior en RGS se explica porque la evaporación directa del suelo es disminuida debido a que su superficie permanece prácticamente seca, y el agua disponible es mejor aprovechada en el proceso de transpiración. El efecto de la profundidad del emisor a 0.15 y 0.3 m en un cultivo de maíz, durante un periodo de 114 días, fue evaluado por Howell et al⁽¹⁵⁾ y encontraron que la evaporación fue de 51 mm menor en la profundidad de 0.15 m y de 0.81 mm en la profundidad de 0.3 m, al ser comparada con emisores en la superficie del suelo.

Se concluye que la lámina de riego durante el establecimiento del cultivo fue igual en riego subsuperficial y por gravedad. Sin embargo, el rendimiento de materia seca al primer corte y la eficiencia en el uso del agua fueron superiores en RGS. En el primer corte la producción de materia seca estuvo asociada inversamente a la separación de las cintas de riego, es decir, a menor separación mayor producción. Los modelos obtenidos de agua aplicada por gravedad y RGS, mostraron un alto coeficiente de determinación, pero no se encontraron diferencias entre los consumos de agua diarios en el establecimiento. La producción de materia seca acumulada en los siete cortes y la eficiencia de uso de agua fue mayor en RGS, y los más altos rendimientos se obtuvieron en la separación de 0.8 m. En los modelos de agua aplicada y evaporada del primero al séptimo corte, los consumos diarios de agua fueron menores en el sistema de RGS y no se encontraron diferencias entre la lámina diaria evaporada y lámina aplicada por gravedad.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece la colaboración del Sr. Salvador Álvarez Díaz productor cooperante por las facilidades y apoyos proporcionados para la realización del presente trabajo; así como al Ing. Jesús Castruita López responsable técnico de dicho predio por su colaboración en el manejo del cultivo.

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