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Ing. Agr. Luis Miguel Leonardo Fabian

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Agricultura irrigada y uso eficiente del agua

EL SUELO El suelo corresponde a la última capa de la superficie de la tierra y es un sistema poroso formado por infinidad de partículas sólidas de diferentes tamaños y composición química. El suelo funciona como soporte físico o reservorio de agua para las plantas, es el proveedor de los principales nutrientes necesarios para la producción.

El suelo como un sistema trifásico. Vt = Volumen total Va = Volumen del aire Vw = Volumen de agua Vs = Volumen de los sólidos Vn = Porosidad total Mt = Masa total Ma = Masa del aire Mw = Masa de agua Ms = Masa de sólidos del suelo.

Clasificación física del agua en el suelo 1.- Agua no retenida contra la fuerza de gravedad:

Agua Gravitacional. 2.- Agua retenida contra la fuerza de gravedad:

Agua Capilar. Agua Higroscópica.

1% Agua gravitacional

Agua capilar

50%

100% Agua Higroscópica

Plantas vivas & Plantas productivas

Lámina de agua Lámina es la aplicación de un determinado volumen de agua, el cuál es distribuido en un determinado área del terreno. Para tener una idea, la distribución uniforme de un litro de agua en un área de 1 m2, corresponde a una lámina de 1 mm.

volumen(L) Lámina de agua = 2 área.irrigada(m ) Cada riego debe de dar un volumen de agua suficiente para elevar la humedad actual del suelo hasta su capacidad de campo.

Lámina de agua Ejercicio 1. Se tiene un área de 30 ha. cultivada con maíz, donde se realizó un riego, aplicando una lámina promedio de 20 mm. ¿Indicar cual fue el volumen de agua aplicado? Volumen de agua (L) = lamina (mm) x área (m2) Se que una hectárea es igual a 10,000 m2, entonces: Área (m2) = 30 ha x 10,000 m2/ha = 300,000 m2 Volumen de agua (L) = 20 mm x 300,000 m2 L Volumen de agua = 20 2 x 300.000 m2 m

Volumen de agua = 6.000.000 de litros

TEXTURA DEL SUELO • Referida a la distribución por tamaño, de las partículas sólidas que constituyen el suelo: arena, limo y arcilla. • Las características texturales son prácticamente invariables en el tiempo y poco afectadas por la acción del hombre.

Densidad de las partículas del suelo 1) Densidad del suelo o densidad aparente o global: ➢ Muy afectado por las intervenciones provocadas por el hombre-Compactación por uso de maquinaria agrícola. ➢ Reduce el volumen total del suelo (Vt) para una misma masa (Ms), haciendo con que la densidad del suelo aumente. Arenoso ----------- 1,65 g/cm3 Arcilloso ----------- 1,10 g/cm3

ms Da = Vs

Da ms Vs

Densidad del suelo, g/cm3; masa del suelo seco en estufa, (g), volumen de la muestra del suelo, cm3.

2) Densidad de las partículas o densidad real del suelo Depende de la constitución MINERALOGICA DEL SUELO.

2,60 – 2,70 g/cm3 3) Porosidad del suelo: ➢ Es el volumen de un suelo ocupado por los espacios vacíos o poros, ➢ Como es difícil medir el volumen de los poros, en la práctica se utiliza una relación aproximada.

  D a   P = 1−  Dr 

Da Dr P

Densidad aparente del suelo, g/cm3; Densidad real del suelo, (g/cm3), y Porosidad, %.

Formas para expresar: La Humedad del suelo La cantidad de agua presente en el suelo puede ser expresado de 4 maneras: 1) Base gravimétrica seca 2) Base volumétrica 3) Altura de Lámina de agua, 4) Tensiómetro.

Método gravimétrico – Se basa en diferencia de peso - Método directo: Determina el contenido actual de agua en el suelo. • El método gravimétrico seco consiste en retirar muestras del suelo húmedo, pesarlas y colocar en estufa a 105° C para su secado.

• Cuando llegue a un peso constante, se pesa nuevamente para determinar la masa del suelo seco.

Resulta de la división del peso de agua existente en determinada muestra de suelo húmedo por el peso de la muestra después de haber secado en estufa a 105 C. g H 2O m1 − m2 ma pesode agua o = = = (105 C) = m2 ms pesosuelo seco gsuelo

Método Volumétrico



La humedad del suelo con base al volumen (m3 de agua por m3 de suelo) resulta de la división del volumen de agua existente en determinada muestra de suelo húmedo por el volumen de la muestra.

volumen d e agua Va  = = Vt Vo l u m e d e l s u e l o h u m e d o

Método Volumétrico



Método Volumétrico



Ejercicio 2 Una muestra inalterada de suelo retirada con un cilindro metálico tiene 4,4 cm de diámetro y 4,6 cm de altura, reveló una masa de 113,63 g. Después de haber secado en estufa a 105oC, la masa de suelo seco fue 90,9 g. Determinar densidad aparente del suelo y la humedad del suelo? π D2 3,1416 x 4,402 Volumen del suelo = x h= x 4,6 4 4

volumen del suelo = 69,94 cm3

Da =

ms 90,9 = = 1,299g/cm3 Vs 69,94

masa de suelo Volumen de suelo = densidad del suelo

igualando

Como la densidad del agua es 1 g/cm3, resulta que:

 =  masa de agua .densidad del suelo  masa de suelo 

Reconociendo que: masa de agua   =  masa de suelo 



Se obtiene:

= *Da

Sonda de neutrons

SONDA TDR

(Time Domain Reflectometry)

Utiliza ondas electromagnéticas para estimar la humedad del suelo

Capacidad de campo Representa la condición de almacenamiento máximo de agua en suelo, que ocurre después de haber drenado el agua contenida en los macroporos, por acción de la gravedad. Cuando la humedad del suelo está en C.C. es el momento en que las plantas encuentran la condición más favorable para absorber el agua y nutrientes. La humedad de la C.C. es usualmente expresado en % o kg/kg.

Ejercicio 3

Capacidad Máxima de Retención. PROFUNDIDAD (Cm)

MÁX. RETENCIÓN (%)

CONTENIDO DE AGUA ACTUAL (%)

0 – 20

26

17

20 – 35

28

22

35 - 60

30

26

Determinar, cuál es la profundidad que una lámina de 35 mm, aplicada uniformemente en la superficie, llegará en el perfil del suelo?

Punto de marchitez permanente P.M.P. es la capacidad mínima de almacenamiento de agua de un suelo, ocurre cuando las plantas se marchitan por causa de la deficiencia hídrica y no recupera su turbidez. La humedad en el PMP, es usualmente expresado en % o kg/kg. En riego, para fines prácticos, la humedad correspondiente al PMP, ha sido obtenida en la tensión de 1.500 kPa. El contenido mínimo de agua presente en el suelo es insuficiente para asegurar el mantenimiento de un balance hídrico favorable para la planta. En consecuencia, ocurre una deshidratación acentuada de los tejidos vegetales, perjudicando las reacciones metabólicas asociadas a la producción.

Tensiómetro: Determinación del potencial de agua en el suelo. EL tensiómetro es un equipo que mide el potencial mátrico de agua en el suelo. Es constituido por una cápsula porosa de porcelana ligada a un vacuómetro a través de un tubo rígido, de PVC u otro material adecuado. Insiriendo la cápsula porosa del equipo saturado con agua en un suelo insaturado, pasará agua de la cápsula para el suelo, hasta el equilibrio. Como el equipo se encuentra herméticamente cerrado, la salida de agua origina una presión negativa (tensión o vacuo) en el equipo que es registrada en un vacuómetro metálico o de mercurio.

Tapa, por donde se llena con agua destilada

Manómetro de presión, llamado también vacuómetro, porque lee presiones negativas

Tubo de PVC, transparente Cápsula de cerámica

Cuanto menor es el contenido de agua en el suelo la energía de retención es mayor (Potencial mátrico).

Retención del agua del suelo 70

60 50

Agua disponible

% Agua

40 30

Arcilla

30%

Arena

7%

20 10 0

0,033

Tensión

1,5 MPa

Profundidad de las raíces en irrigaciones. Normalmente no se considera todo el perfil del suelo explorado por el sistema radicular de las plantas, sino apenas la profundidad efectiva, que debe ser de 80% a 90% del sistema radicular contenida en ella. (Keller 1978)

Ing. Carlos Baca García

AGUA DISPONIBLE O AGUA ÚTIL

Ing. Carlo

El AD de un suelo, puede ser calculado desde que se conozcan los contenidos de humedad correspondientes de CC y PMP, y las propiedades físicas del suelo y la profundidad del suelo que serán considerados. 1) Disponibilidad Total de Agua en el Suelo (DTA) ➢ Característica del suelo, la cual corresponde a la cantidad de agua que un suelo puede almacenar por determinado tiempo. ➢ Debe ser expresado en altura de lámina de agua, por profundidad del suelo (mm. de agua por cm. de suelo o volumen de agua por unidad de área) DTA = DTA V Ds CC y PMP

(CC − PMP)* Da 10

V = (CC − PMP)* Da

: Disponibilidad total de agua (mm. por cm. de suelo) : m3 de agua disponible/ha, en cada profundidad desuelo : Densidad aparente del suelo g.cm-3. : En % de peso

Ejercicio 4. Se tiene el siguiente análisis físico-hídrico del suelo, donde se obtuvieron los siguientes resultados: Calcular a disponibilidad total de agua - DTA Capacidad de campo = 41,2 % en peso; Punto de marchitez permanente = 27,5 % en peso; Densidad del suelo = 1,22 g/cm3. El valor de disponibilidad total de agua en el suelo (DTA) es: DTA =

(CC − PMP) * Da

DTA =

(41,2% − 27,5%) *1,22 = 1,67mm / cm

10

10

2) Capacidad Total de Agua en el Suelo (CTA) Tanto la cantidad de agua de lluvia, como de riego, solo debe ser considerado como DISPONIBLE PARA EL CULTIVO, en el perfil del suelo que este ocupado por el sistema radicular.

CTA = DTA* z CTA :Capacidad total de agua del suelo (mm.) z :Profundidad efectiva del sistema radicular (cm.), por lo menos 80% del sistema radicular. 3) Capacidad Real de Agua en el Suelo (CRA) Cuando regamos, nunca debemos permitir que el contenido de agua en el suelo llegue a PMP, esto quiere decir que: Entre dos riegos sucesivos, una fracción de capacidad total de agua del suelo, debe ser usada.

CRA = CTA* f CRA f

: Capacidad real de agua del suelo (mm.) : Factor de disponibilidad (siempre < 1).

Factor de disponibilidad (f) para diferentes cultivos GRUPOS DE CULTIVOS ❑ Verduras y legumbres Calabaza Cebolla Coliflor Lechuga Zanahoria ❑ Papa ❑ Frutas y forrajes Cerezo Ciruelo Durazno Alfalfa Pastizal ❑ Granos Cebada y trigo Habas Maíz ❑ Algodón

f 0,2 – 0,6 0,30 0,30 0,45 0,35 0,40 0,40 0,3 – 0,7 0,40 0,40 0,40 0,60 0,60 0,4 – 0,8 0,40 0,40 0,40 0,80

IRRIGACION REAL NECESARIO (IRN), Lámina neta ➢ Cantidad necesaria de agua (REAL), que se necesita aplicar por riego. ➢ Cantidad de agua aplicada a un suelo en cada riego (mm). ➢ Se puede considerar 2 casos distintos: - COMO RIEGO TOTAL: Cuando todo el agua es por riego

Ln =

(CC − PMP)* Da* z * f 10

- COMO RIEGO SUPLEMENTAR: Con riego y precipitación pluvial

( CC − PMP) Ln = * Da* z * f 10

− Pp

IRRIGACION TOTAL NECESARIO (ITN), Lámina bruta

Cantidad total de agua necesaria para irrigar.

Ln Lb = ef Lb = Cantidad total de riego necesario en (mm) ef = Eficiencia de aplicación de riego en decimal

COSTO $ 250 DOLARES

120.5 cm

25.4 cm

PROCESO DE LA ET ET, es la combinación de 2 procesos separados por los que el agua se pierde a través de la superficie del suelo por evaporación y por otra parte mediante transpiración del cultivo. • Casi toda el agua absorbida del suelo se pierde por transpiración y solamente una pequeña fracción se convierte en parte de los tejidos vegetales. • La transpiración, al igual que la evaporación directa, depende del aporte de energía, del gradiente de presión del vapor y de la velocidad del viento.

Evapotranspiración de cultivo (ETc) Evapotranspiración de referencia (ETo) Coeficiente de Cosecha (Kc)

ETc = ETo*Kc (mm/día)

Nn = ETc – Pe – Ac - Aa Pe, es aporte de agua por la Precipitación Efectiva, Ac, es aporte de agua capilar que se debe considerar en el caso de que el nivel freático este próximo. Aa, es aporte del agua almacenada que tampoco se considera, porque pretendemos reponer inmediatamente el agua extraída para no gastar energías en sustraer agua almacenada mas allá de la lamina diaria.

Para dicho cálculo, a partir de las Nn, hay que tener en cuenta 3 hechos: - Pérdida de agua por percolación, (PP) - Necesidades de lavado, (LR).

- Eficiencia.

Y en zonas de sierra…

Aforamiento de las fuentes hídricas

METODOS DIRECTOS

1. Método Volumétrico Este método consiste en colectar el líquido en un recipiente de volumen conocido, midiendo simultáneamente el tiempo hasta que se llene. La precisión será mayor cuanto mayor fuera el tiempo para su determinación. Aplicable en los casos de pequeños caudales, tales como fuentes, pequeño riachuelos, en casas residenciales, microaspersores y goteros.

volumen Q= tiempo

3. Hidrómetros - Caudalimetros Son aparatos destinados a medir la cantidad de líquido escurriendo en un período relativamente grande, muy utilizado en riego por goteo. Hidrómetros de volumen.

4. Método de la Velocidad – Área.

4. Método de la Velocidad – Área. Este método se basa en el principio de la continuidad, son métodos en las cuales se determina la velocidad media en una o más secciones de un curso de agua y calculamos, en seguida, el caudal con la siguiente ecuación:

Q = A.v

Donde Q = Caudal en m3/s; A= Área de la sección en m2; v = velocidad en m/s.

Básicamente, se tiene: Métodos de los flotadores, de los molinetes (correntómetros).

a) Método de los Flotadores: Son objetos flotantes (botellas parcialmente llenas, bastones y otros), que estando parcialmente inmersos en la masa líquida y adquieren la velocidad de la misma. Este método presenta poca precisión, siendo recomendable apenas a falta de otros recursos, debido a muchas errores causados por el viento e irregularidades en el curso del agua (ondas).

Aforador RBC El Aforador RBC, fue desarrollado por Replogle, Bos y Clemmens (1984), constituye una de las mejores estructuras portátiles para la medición de caudales. Basa su funcionamiento en la creación de condiciones para provocar un régimen de flujo crítico.

Ejercicio 5. Se tiene un área de total de 12 hectáreas, como se muestra en la siguiente figura:

Área A: 7 ha.

Área B: 5 ha.

Cultivo 1 : Cultivo 3 Cultivo 2:

Área A: 7 ha. Cultivo 1 : Fecha de siembra: 1 de mayo 2014 Período Vegetativo: 6 meses Kc: 0,40/0,60/0,75/0,90/0,85/0,70 Cultivo 2: Rotación Fecha de siembra: 1 de diciembre 2014 Período Vegetativo: 4 meses Kc: 0,50/0,70/0,90/0,80

Área B: 5 ha.

Cultivo 3: Fecha de siembra: 1 de diciembre 2014 Período Vegetativo: Anual Kc: 1,00

Datos del Cultivo Sector

A

Cultivo

1

7,00

Mes Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

0,40

0,60

0,75

0,90

0,85

0,70

Nov

Dic

0,70

0,90

0,80

3

5,00 1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

Kc ponderado

12,00 0,83

0,94

0,88

1,00

0,65

0,77

0,85

0,94

0,91

0,83

1,00

0,71

B

2

Área

0,50

Área A *Kc2 + ÁreaB * Kc3 Kc − ponderado : Área A + ÁreaB 7 * 0,70 + 5 *1,00 Kc − ponderado : = 0,825 7 +5

-

Fecha de siembra Duración del cultivo en días Kc inicial Kc reproducción Kc cosecha

-

1 cm = Un décimo del Kc - 1mm= Un centésimo del Kc

1mm = 1 día

1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

-

FI 20 mm = 20 días

Frejol F1 : 20 días -----→ Kc = 0,4 F2 : 25 días F3 : 30 días -----→ Kc = 1,05 F4 : 10 días Cosecha -----→ Kc = 0,3

FII

FIII

FIV

Ciclo del cultivo(días)

PARAMETRO

UNIDAD ENE

1. Evotranspiración de referencia (ETo)

(mm/dia)

2. Kc Palto

0,75

6. ET. Cultivo ( ETc )

(mm/dia)

7. Precipitación Efectiva

(mm/dia)

8. Necesidades Netas( Nn )

(mm/dia)

9. Eficiencia de riego (Aplicación)

10. N° dias del mes 11. Necesidades Totales

(%)

(dias) (mm/dia) (m3/ha/dia)

(m3/ha/mes) 9.-Area total 10. Volumen demandado

4,53

ha. m3/mes

Cuando y cuanto irrigar?

Datos obtenidos en laboratorio de la C.C. Taucabamba, Pillpinto, Paruro. • Clase de suelo: Franco Arenoso • Arena: 66%; Limo: 19%; Arcilla: 15% • Densidad aparente (Da) : 1,47 gr/cm3 • Capacidad de campo (C.C.) : 14,7 % • Punto de Marchites Permanente (PMP) : 8,0% • Factor de secamiento (f) : 0,40 (Tabla N° 05 ) • Profundidad de la raíz de la papa (z) : 40 cm (Tabla N° 03) • Kc - papa I: 0,80; II: 1,10; III: 1,20; IV: 0,70. •(Tabla N° 04) •Aspersor Naan Dan, con caudal de 0,56 L/s, radio de alcance 12m, presión de trabajo 25 mca. 1) NaanDan 423: 1,5 – 4 Bar, 0,5 – 1,18 m3/hr. – r=11 – 15 m 2) VYR 60: 1,75 – 4,21 Bar, 1250 – 1950 L/hr, r: 14,5 - 16 m.

( CC − PMP) Ln = * Da* z * f 10

23,64 mm

( CC − PMP) Ln = * Da* z 10

39,40 mm

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PLANILLAS DE CALCULO-MANEJO DE RIEGO - 2015 Provincia : Paruro

Ln para llegar a CC:

Area del terreno

Ln (fin):

Cultivo

omunidad C. : Taucabamba

Eficiencia:

Responsable

Sector : Taucabamba

Fecha siembra:

Tecnico

Distrito : Pillpinto

1

2

3

4

5

Kp

Evaporacion (mm)

6

7

8

9

10

11

Reposición de agua de riego DDS V (m/s)

HR %

ETo

Kc

ETc (mm) Pp

Nec. Netas (mm)

Nec. Totales (mm)

12

13

14

Consumo de agua

C.C.

Descenso tolerable

tiempo de riego

1 2 3 4 5 6 7 8

En funcióndel las características del aspersor, irrigaré una lámina de XX,XX mmen un tiempo de:

9 10 11 12

xx horas

13 14 15 16

y luego cambiar de posición.

17 18

19 20

79