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COEFICIENTES DE AJUSTE POR DESARROLLO DEL ALGODÓN BAJO LISIMETRÍA

Crop Coefficients of Cotton Using Lysimeter

Marco Antonio, Inzunza Ibarra1, Ma. Magdalena, Villa Castorena1,Ernesto Alonso, Catalán Valencia1, Abel, Román López1, José Luis,

González Barrios1 y Palmira, Bueno Hurtado1

1Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Relación Agua Suelo Planta Atmósfera (CENID RASPA), INIFAP1. Canal Sacramento Km 6.5 margen derecha, Gómez Palacio, Dgo. CP 35140.

e-mail: inzunza.marco@inifap.gob.mx

RESUMENEl objetivo principal del trabajo fue determinar el mejor mo-

delo predictivo para la estimación del coeficiente de ajuste por desarrollo del algodón; para lograr el objetivo, el cultivo se insta-ló en un lisímetro de pesada de alta precisión del CENID RAS-PA, con el propósito de determinar la demanda evapotranspi-rativa diaria al desarrollarse bajo condiciones no restrictivas de humedad durante su ciclo vegetativo de desarrollo. Los resul-tados muestran un excelente ajuste a el modelo polinomial de tercer grado donde dicho coeficiente de ajuste es función de los grados día de crecimiento acumulados durante el ciclo vege-tativo del algodón. El modelo obtenido presentó un excelente ajuste a los datos generados en el estudio, con un R2 = 0.94 y sus coeficientes de la regresión altamente significativos (α < 0.01). Tiene la característica de proporcionar mayor generali-dad a los coeficientes de ajuste por desarrollo ya que involucró parámetros con más carácter físico como son los Grados Día de Crecimiento (GDC), en lugar de los modelos que relacionan el Kc en función del calendario juliano o el desarrollo vegetativo en días. El algodón alcanzó la etapa de inicio de floración a las 820 GDC con un KC igual a 1.6, este valor se incrementó a 1.7 al alcanzar la plena floración y el desarrollo de bellotas aproxi-madamente a las 1150 GDC.

Palabras clave: Gossypium hirsutum, lisímetro de pe-sada, grados día de crecimiento.

SUMMARYThe main objective of this work was to determine the best

prediction model for the estimation of the evapotranspiration crop coefficient for the development of cotton. To achieve this objective, the crop was installed in a high precision weighing lysimeter located in CENID RASPA, with the purpose of de-

termining the daily evapotranspiration demand while under non-restrictive water conditions during its vegetative develo-pment cycle. Results showed an excellent third order polyno-mial adjustment model whose coefficients are a function of the accumulated growing degree days during the vegetative development cycle of the cotton. The model adjusted showed good KC prediction, with statistics parameters as R2 = 0.94 and highly significant model coefficients. The obtained model can provide a wide generality to the adjustment coefficients because it involved parameters with more physical characte-ristics such as growing degree days, instead of relating KC as a function of the Julian calendar or the vegetative develo-pment days. The cotton crop reached the flower emergence stage in 820 growing degree day units with a KC value of 1.6. The KC value increased to 1.7 in the late flowering and early boll filling phases in approximately 1150 growing degree day units.

Keywords: Gossypium hirsutum, weighing Lysimeter, growing degree days.

INTRODUCCIÓNLa aproximación en la estimación de la Evapotranspiración

(ET) y los requerimientos hídricos de los cultivos en base a los coeficientes de ajuste por desarrollo de los cultivos (KC) mul-tiplicado por la evapotranspiración de referencia, ha sido un método exitoso por su precisión aceptable, ser practico y por utilizar datos climáticos cada vez más disponibles con el avan-ce de la informática (Allen y Pereira, 2009). El principio de las curvas del Kc son diseñadas para reflejar la evapotranspiración máxima del cultivo (ETx), obtenida bajo condiciones óptimas, tanto agronómicas del cultivo, como de manejo de agua. Sin embargo cuando los Kc son obtenidos para condiciones algo diferentes de las estándar, como nutrientes, densidad del culti-

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vo, plagas u otros factores que causen estrés al cultivo, es com-plicado utilizar los datos de las curvas de Kc convencionales, para una estimación precisa de la ET. Una adecuada progra-mación del riego es también imprecisa debido a la variabilidad espacial y temporal de los flujos de la ET dentro de un mismo campo cultivado. Esto creado por factores como la aplicación no uniforme del riego, diferente capacidad de almacenamien-to de agua del suelo, disponibilidad de nutrientes, densidades vegetales y condiciones microclimáticas. Esto hace extrema-damente difícil que los Kc reportados en la literatura tomen en cuenta estas variaciones sin considerar al menos un ajuste de las condiciones locales (Hunsaker et al., 2003a).

En México, dicha estimación de la evapotranspiración de los cultivos a partir de la evapotranspiración de referencia calcu-lada de datos climáticos en las diferentes zonas agrícolas del país, es de gran relevancia para una planeación agrícola más precisa bajo riego y temporal. Esto es posible cuando se cuen-ta con información de los coeficientes de ajuste por desarrollo de los diferentes cultivos (KC) en tales zonas agrícolas, ya que este dato se ha tomado de la literatura extranjera y corresponde a cultivos que se han desarrollado en otras latitudes y la mayo-ría de las veces se tienen poco éxito al utilizarse para las condi-ciones de México (Sammis et al., 1985; Villalobos et al., 2005).

Allen et al. 2005, afirman que el método del balance de humedad para determinar la evapotranspiración de un culti-vo puede ser impreciso debido a la dificultad que presenta la cuantificación de alguno de sus componentes como la perco-lación profunda del agua y la distribución espacial de la hume-dad en el suelo. Además que existen varias fuentes de error en la estimación de los Kc, a pesar de la similitud en la fisiolo-gía y morfología entre cultivos específicos y variedades para un área donde los Kc se habían generado. Esta incertidumbre se genera aún dentro de una etapa de crecimiento, en fechas de cosecha, en la eficiencia de riego y de la precipitación, en la salud y vigor de la planta, todas afectan a los valores de Kc y por consecuencia en el valor de la ET, al utilizar los datos de clima, la cual la sobreestima o genera datos por debajo de su valor real.

En cultivos anuales, este coeficiente (ETm ETr-1) tiene una típica variación que se produce debido a la evolución del fo-llaje y los cambios en la cobertura del terreno (Djaman et al., 2013). Para lograr estimaciones confiables de la evapotrans-piración real o actual de los cultivos, se deben considerar los factores edáficos y de la planta; sin embargo, en condiciones óptimas de humedad en el suelo sólo la planta afecta la oferta de agua. En estas condiciones se obtiene la evapotranspi-ración máxima (ETm) mediante la corrección de la evapo-transpiración de referencia por el coeficiente de ajuste por desarrollo del cultivo (KC) que es función del desarrollo del cultivo y de la exigencia del clima. Así, el coeficiente del culti-vo representa la relación entre el intercambio del calor latente del cultivo de interés y de la evapotranspiración de referencia (Hunsaker et al., 2003b). Este parámetro es adimensional y

se determina en forma empírica con la ecuación (1):

KC = ETm ETr-1 (1)

Donde ETr = evapotranspiración de referencia (mm).

De acuerdo a la importancia social y económica que repre-senta el algodonero en México con una superficie cultivada de 183,778 ha en 2011 (SAGARPA, 2013) y particularmente en la región Lagunera, con 20,110 ha (SIAP, 2013), se realizó este trabajo en algodón que tuvo como objetivos, determinar la eva-potranspiración máxima a detalle para posteriormente determi-nar sus coeficientes de ajuste por desarrollo de cultivo y definir un modelo del citado coeficiente en base a los grados día de crecimiento que proporcione mayor grado de generalidad en la aplicación de resultados.

MATERIALES Y MÉTODOSEste trabajo se desarrolló en el Campo Experimental del

CENID-RASPA, ubicado en Gómez Palacio, Dgo. Geográfi-camente se localiza a 25° 35’ N, 103° 27’ W y a una altitud de 1135 msnm. El clima de la región se clasifica como BW(h’)h w(e); que corresponde a muy árido, cálido con temperatura media anual de 22 °C y temperatura media del mes más frío de 18 °C; es extremoso con una oscilación anual en las tem-peraturas medias mensuales de entre 7 y 14 °C, precipitación media anual de 230 mm, períodos libres de heladas de abril a octubre y pueden presentarse granizadas durante mayo. Las lluvias son en verano, con un porcentaje de lluvias invernales que va de 5 a 10.2% (García, 1988). El suelo del lote experi-mental es clasificado como Xerosol Háplico de acuerdo a la FAO/UNESCO modificada por INEGI y pertenece a la serie Co-yote, de gran representatividad regional con suelos profundos, con poca variabilidad de textura (migajón arcilloso).

Las principales características físicas y químicas específi-cas del suelo donde se ubica el lisímetro (Cuadro 1), se deter-minaron de un promedio de seis sitios de muestreo o repeticio-nes, en tres profundidades del sitio experimental (0-30, 30-60 y 60-90 cm), con 1 kg de tamaño de muestra por profundidad. Los resultados de los análisis se muestran en el Cuadro 1. Las características químicas y físicas del suelo que se midieron fue-ron: conductividad eléctrica (método de conductimetría), pH, porcentaje de sodio intercambiable, contenido de materia orgá-nica (método de Walkley y Black); arena, limo y arcilla en la tex-tura (método de la pipeta de Robinson); capacidad de campo y punto de marchitez permanente (método de la olla y membrana de presión); y densidad aparente (Método del cilindro) (Caste-llanos et al., 2000; Richards, 1977).

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Cuadro 1. Principales características físicas-químicas del suelo.

Según estos análisis, el suelo contiene bajos contenidos de sales en el extracto de saturación, moderado en contenido de sodio, bajo en contenido de materia orgánica y valores altos de pH, de acuerdo con rangos reportados por Castellanos et al. (2000). Con estos datos se calculó la capacidad de retención de agua del suelo y se hizo el diseño y programación de los riegos. Además, del análisis del agua utilizada en el estudio, se clasificó como: C1S1, bajo en contenido de sales y sodio.

Características Generales del LisímetroEl lisímetro de pesada de alta precisión utilizado en este tra-

bajo tiene las siguientes dimensiones: 1.8 m de ancho y 3.6 m de largo creado especialmente para submúltiplos de espacia-mientos más comunes para cultivos en surcos o para cobertura completa, el monolito de suelo inalterado tiene una profundidad de 1.50 m y en su base tiene un sistema de drenaje distribuidas en cuadrícula. El objetivo de este sistema es simular el drenaje natural que ocurre a esta profundidad. El sistema de pesada se compone de una báscula tipo comercial con capacidad de 28 toneladas, consta de un contrapeso colocado al final de una palanca de extensión que equilibra el “peso muerto” formado por el peso del monolito de suelo con un contenido de humedad al punto de marchites permanente (PMP) y además del peso de las láminas de acero que lo cubren, este peso corresponde al cero del indicador digital. También, consta de una celda electró-nica de carga electrónica con capacidad de 500 kg, la cual reci-be el “peso vivo” del tanque de observación que correspondería al contenido de humedad de PMP a capacidad de campo (CC) el cual se registra en forma continua y horaria, en un almacena-dor de información o “datalogger” CR10X.

MetodologíaEl algodón se sembró en el lisímetro de pesada y se desa-

rrolló bajo condiciones no restrictivas de humedad; condición indispensable para obtener la evapotranspiración máxima de este cultivo, para lo cual se estableció un régimen de humedad hídrico en el suelo del lisímetro entre un rango de 0.051–0.101

MPa de tensión de humedad; además, el terreno circunvecino restante se manejó en forma similar a la del lisímetro con el fin de evitar el efecto de orilla y las condiciones de advección.

Para la determinación de los grados día de crecimiento du-rante el ciclo del algodón se utilizó la metodología de la curva seno, la cual toma en cuenta las temperaturas máximas y míni-mas, la temperatura base del cultivo y su temperatura máxima a la cual su desarrollo no es afectado.

Considerando que los grados día de crecimiento acumula-dos son una analogía de un reloj fisiológico en la ocurrencia de cada una de las fases de crecimiento de los cultivos, se propo-ne un modelo donde los coeficientes de cultivo estén en función de los grados día de crecimiento acumulados durante el ciclo vegetativo del algodón (Inzunza y Mojarro, 1994). Este mode-lo tendría una mayor generalidad de resultados a los modelos generados por ser este un parámetro con más carácter físico que el tiempo en días o en calendario juliano. Los citados au-tores proponen en lugar de éste último, utilizar los grados día de crecimiento acumulados como un parámetro climático con mayor carácter físico y extrapolabilidad de resultados a otras regiones de condiciones climáticas diferentes donde se realizó el estudio. Dicha relación está contenida en un polinomial de tercer orden en el modelo (2):

KC = b0 +b 1 ΣGDC + b2 ΣGDC 2 + b3 ΣGDC 3 (2)

Donde GDC = grados día de crecimiento acumulados al período i,

bi = coeficientes de la regresión.

Los datos generados en este trabajo fueron la evapotranspi-ración máxima del algodón (mm), los grados día de crecimiento acumulados a un periodo de crecimiento y la evapotranspira-ción de referencia. Estas variables se relacionaron al último modelo citado, mediante la técnica de regresión múltiple para lo cual se utilizó el software estadístico del SAS (SAS, 2003).

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RESULTADOS Y DISCUSIÓNLos resultados de los requerimientos de grados día de cre-

cimiento para el algodón establecido en el lisímetro de pesa-da de alta precisión son presentados en la Figura 1. Se tomó como temperatura base para el cultivo el valor de 12 oC y de 35 oC como temperatura máxima (Villalpando et al., 1991). La figura muestra los valores acumulados de los grados día de crecimiento a los cuales se presentaron los principales even-tos fenológicos del cultivo como la emergencia, el crecimiento vegetativo, el inicio de floración (formación de yemas florales y la apertura de flores), formación y crecimiento de bellotas, la apertura del capullo y la maduración fisiológica, principalmente. Los grados día de crecimiento fueron un reloj fisiológico de su desarrollo ya que conforme las temperaturas se presentaban más elevadas, las etapas aparecían más temprano que a dife-rencia cuando las temperaturas eran bajas, existía un retraso en la presentación de los períodos fisiológicos.

Evapotranspiración máxima del AlgodónLos datos obtenidos de evapotranspiración máxima del al-

godón creciendo en el lisímetro gravimétrico de alta precisión fueron generados diariamente y se utilizaron como el cociente en la determinación de los coeficientes de desarrollo del algo-dón. Su comportamiento fue bien definido: tasas evapotranspi-rativas bajas en el período de emergencia a inicio de floración, posterior a este período, se observan demandas evapotranspi-rativas más altas por el cultivo justamente durante el período de floración y en la formación, crecimiento y apertura de bellotas (Figura 1). En este último evento se presentaron demandas del cultivo de casi 12 mm diarios de agua y esta demanda fue sos-tenida por un periodo corto de tiempo para después declinar hasta alcanzar la total apertura de las bellotas, donde después de este evento fenológico, la demanda de agua del cultivo se redujo drásticamente hasta alcanzar la madurez fisiológica.

Figura1. Demanda evapotranspirativa del algodón durante su crecimiento.

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Coeficiente de Ajuste por Desarrollo del Cultivo del Algodón

El coeficiente de ajuste por desarrollo del cultivo del algodón (KC), se determinó de acuerdo con la relación (1), antes des-crita y los resultados se presentan en la Figura 2. El compor-tamiento de los KC a través del ciclo vegetativo del algodonero fue que durante el inicio del período vegetativo y hasta antes de la floración, se presentaron bajos valores de KC entre 0.1 a me-nos de la unidad, estos se incrementaron conforme el desarro-llo del cultivo alcanzaba la floración y la formación y crecimiento de bellotas con valores pico de KC superiores a 1.6. Los valores

de esta relación empezaron a disminuir drásticamente después de la apertura completa de las bellotas y la total exposición de la fibra del algodón hasta al final de su desarrollo, aproximándose a cero al alcanzar su madurez fisiológica. Valores por arriba de 1.7 se presentaron durante la apertura y crecimiento de bellotas donde el cultivo tuvo mayor actividad evapotranspirativa.

Con el propósito de lograr una mayor generalidad en la pre-dicción de los KC, éstos fueron relacionados con los grados día de crecimiento acumulados (GDC) por ser una variable con más carácter físico, en lugar del desarrollo vegetativo relativo del algodón.

Figura 2. Coeficientes de ajuste por desarrollo (KC) del algodonero a través de su ciclo vegetativo.

Los datos fueron ajustados al modelo propuesto por Sam-mis et al., (1985). La función obtenida por regresión múltiple fue la siguiente:

KC = -0.039 + 0.0014*GDC + 2.66E-6*GDC2 - 2.2623E-9 *GDC3 (3)

R2 = 0.94 CV = 14.1%

Los datos observados y la función ajustada se ilustran en la Figura 2, de acuerdo a esta gráfica y al coeficiente de determi-nación puede afirmarse que el ajuste de los datos a este mo-

delo fue excelente y por consecuencia su poder predictivo, que proporciona mayor generalidad al modelo por sus parámetros físicos involucrados.

CONCLUSIONESSe determinó un ajuste satisfactorio al modelo polinomial de

tercer orden para representar el comportamiento de los datos de los coeficientes de ajuste por desarrollo del algodón, ge-nerados por medio de lisimetría, durante el ciclo de desarrollo

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del cultivo. Sus indicadores de buen ajuste estadístico así lo comprueban con un R2=0.94 y con todos los coeficientes de la regresión, con alta significancia en la contribución de la rela-ción. El modelo obtenido tiene la característica de proporcionar mayor generalidad de los coeficientes de ajuste por desarrollo ya que involucró parámetros con más carácter físico como son los grados día de crecimiento, en lugar de los modelos que re-lacionan los KC en función del calendario juliano o el desarro-llo vegetativo en días. Cuando el algodón alcanzó la etapa de crecimiento a los 371 GDC, el KC tuvo un valor de 0.87, este valor se incrementó a 1.6 al alcanzar el inicio de floración y a los 820 grados día de crecimiento. El máximo valor del coeficiente de ajuste de 1.7 se presentó en la etapa de floración plena y crecimiento de bellotas, aproximadamente a las 1150 unidades térmicas de crecimiento del cultivo.

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