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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA AGRARIA ANTONIO NARRO DIVISIÓN DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE RIEGO Y DRENAJE

USO Y MANEJO DEL AGUA MC. LINDOLFO ROJAS PEÑA MC. LUIS EDMUNDO RAMIREZ RAMOS

SEPTIEMBRE DE 1998 Buena vista, Saltillo, Coahuila, México

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PROLOGO Considerando los cambios que se han dado en la Reforma academica de nuestra Alma Terra Mater y siendo congruentes con esta hemos decidido, proporcionar los medios que consideramos son los mas importantes para la formación academica de los alumnos que realizan sus estudios en el area agrícola y pecuaria, para ello elaboramos este documento que se ha titulado uso y manejo del agua, es un documento muy sencillo que trata de enseñar los conceptos mas importantes que se utilizan para la aplicación del agua, por lo tanto se considera un curso basico ya que es impartido a la mayoria de las especialidades que ofrece la universidad, por lo que esperamos que esta obra sea de utilidad en sus estudios y consultas en el presente y futuro.

ATENTAMENTE

LOS AUTORES

3 CONTENIDO TEMA LA IMPORTANCIA DEL USO Y MANEJO DEL AGUA EN LA PRODUCCION DE CULTIVOS Fundamentos de hidrologia Los recursos hidráulicos y la tecnificacion del riego RELACION AGUA - SUELO Propiedades fisicas del agua Propiedades quimicas del agua Relacion de los componentes del suelo Propiedades fisicas del suelo Métodos para determinar la textura del suelo Densidad Aparente del suelo Métodos para determinar la densidad aparente Clases de agua en el suelo Parámetros de humedad del suelo Métodos para determinar la capacidad de campo Métodos para determinar el punto de marchitez permanente Medicion de la humedad del suelo Métodos para medir la humedad del suelo Movimiento del agua en el suelo Factores que afectan la infiltración del suelo RELACION AGUA – SUELO – PLANTA Contenido de agua en las plantas Respuesta de la planta al agua en el suelo Medida de la tension hidrica en las plantas Determinacion de la lamina de riego RELACION AGUA – SUELO – PLANTA – ATMOSFERA Flujo de agua en la atmosfera Transpiracion Evaporacion Evapotranspiracion Factores que afectan la evapotranspiracion Metodos para medir o estimar la evapotranspiracion Requerimientos de riego Programacion de riegos BIBLIOGRAFIA

PAGINA 4 6 9 13 14 22 27 27 30 37 36 41 46 47 49 51 52 59 67 88 89 91 93 96 102 103 103 103 103 104 106 125 126 130

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LA IMPORTANCIA DEL USO Y MANEJO DEL AGUA EN LA PRODUCCION DE CULTIVOS

5 Las constantes requerimientos de una población en eminente crecimiento exigen que cada vez sea mayor el numero de necesidades que deben ser cubiertos mediante la producción de alimentos, o a traves de la explotación de los diversos vegetales, para lograr esta producción se depende principalmente de la cantidad de agua de que se dispone en un periodo de tiempo determinado. Por lo tanto, para tratar de abastecer los requerimientos alimenticios ha sido necesario que nuevas áreas de cultivo sean incorporadas y acondicionadas para la practica de la agricultura. En este aspecto, las grandes obras de riego construidas por el Estado han contribuido en forma significa a resolver la escases de alimentos, por otro lado, la tecnificación de la agricultura debe propiciar el desarrollo de otras actividades económicas que han permitan elevar el nivel de vida en el campo, en otros casos ha sido necesario cambiar los sistemas tradicionales de producción agrícola, con que se inició en la década de los sesenta denominandose la revolución verde, hasta lo que actualmente conocemos como tecnología de punta. La tecnología punta (moderna) en la producción agrícola integralmente implica el utilizar semillas mejoradas, fertilizantes, insecticidas, fungicidas, sistemas de riego y otras actividades afines; sin embargo todas estas actividades no siempre son posibles, ya que las condiciones de cada región son muy variadas y determinan en si el grado de adaptación de las tecnologías que se deseen implementar para lograr otra forma de producción agrícola, como ejemplo de esto lo es la agricultura de temporal. Las demandas de agua en la actualidad son cada vez más grandes, debido principalmente al crecimiento acelerado de la población, así como por los diversos usos a que se destina como son; industrial, generadora de energía, uso municipal y otros, sin embargo, desde el punto de vista agrícola esta demanda se ha incrementado en forma importante dada la gran cantidad de tierras abiertas a la agricultura para poder satisfacer las demandas de fibras y alimentos Por otra lado, se ha demostrado que la agricultura es una de las actividades que más agua consumen en el ámbito mundial y nacional, por esto es indispensable realizar un uso mas eficiente del recurso hídrico ya que el elevado consumo ha ocasionado un acelerado abatimiento de los mantos acuíferos, provocando que no se logren recuperar dado que las precipitaciones que ocurren son insuficientes, para alcanzar a recargar los acuíferos. En la actualidad la optimización y la racionalización del agua para riego se ha realizado con una marcada tendencia a incrementar los rendimientos por unidad de superficie, dada esta situación se debe de tener como objetivo principal en el uso y manejo del agua, analizar el comportamiento del agua dentro de la matriz del suelo, es decir identificar la forma como se encuentra retenida, su movimiento dentro del suelo, para después en una forma integral poder determinar la cantidad de agua que se debe aplicar basándose en las necesidades hídricas de los cultivos y que será necesario satisfacer a través de todo su ciclo vegetativo.

6 Por otra parte, es necesario recomendar algunas practicas agrícolas básicas que permitan incrementar la captación y almacenamiento del agua en el suelo, con esto se lograra tener un panorama mas claro sobre el uso y manejo del agua ya que un buen o mal uso de ella se reflejara en los sistemas de producción, dado lo anterior si se tiene un uso deficiente del agua ocasionará problemas importantes como son:     

Salinizacion de los suelos Problemas de drenaje Falta de aireación Compactación de suelos Otros

Sin embargo, aun cuando los problemas son importantes, es necesario identificar las posibles causas que los originan para poder estar en condiciones de implementar las diversas alternativas de recuperación de suelos en las áreas de cultivo.

Fundamentos de Hidrología. El agua se considera como la parte más importante de cualquier tipo de vida en nuestro planeta ya que sin ella no seria posible la existencia de los seres vivos, por esta razón, la disminución o escases del agua en nuestro sistema ocasionara grandes dificultades en nuestro país y en el mundo. La circulación del agua en el planeta se debe al cambio de su estado físico propiciado por el flujo de energía proveniente del sol, a esta transformación y circulación del agua hacia la atmosfera se le conoce como " Ciclo Hidrológico ", este fenómeno que esta compuesto por él acenso del vapor del agua a la atmósfera y la precipitación sobre la corteza terrestre, en el se dan en forma natural los diferentes cambios físicos, ocasionados por las temperaturas y la presión atmosféricas, siendo los mas importante los siguientes: 

La Evaporación. Esta se considera al cambio del estado líquido al del vapor de agua.



La Condensación. Este fenómeno de cambio se considera cuando pasa del estado gaseoso al estado líquido.



La Fusión. Esta ocurre cuando se presenta el cambio del estado sólido al líquido.



La Solidificación. Se considera cuando se pasa de un estado líquido a un estado solido.



La Sublimación. Este fenómeno se considera cuando se presenta un cambio del estado solido a vapor de agua sin pasar por el estado líquido.

7 La atmósfera contiene solo un pequeño porcentaje del agua existente en el mundo, sin embargo los intercambios que mantiene con la tierra y los océanos son considerables, el agua es el principal constituyentes en los animales y vegetales por lo que es un de los elementos mas importantes en su alimentación, particularmente el hombre la utiliza en infinidad de actividades para su propio beneficio y al mismo tiempo es el principal elemento que hace posible que se desarrollen las funciones de transporte, generador de energía, regulador de temperatura, abastecedor de agua a los cultivos y algunas otras actividades. Cuadro 1. Cantidad de Agua y su Proporción en Todos los Hábitat que se Encuentran en la Superficie Terrestre. Ubicación, Localización Porcentaje Volumen (Km3 ) del total % Aguas Superficiales Lagos de agua dulce 0.009 125000 Lagos salados y mar 0.008 104000 Ríos y corrientes 0.0001 1250 Sumas 0.0171 230250 Aguas Sub - Superficiales Humedad del suelo Agua a % Km. de profundidad Agua a mayor prof. Sumas

0.005 0.31 0.31 0.625

65000 3660000 3660000 7385000

Casquetes polares y glaciales Atmósfera Océanos Totales

2.15 0.001 97.2 100.0

29000000 15000 1313600000 1350230250

A través del tiempo el hombre a estudiado los diversos fenómenos naturales que se presentan como la Precipitación, Nieve, Granizo, Temperaturas y otros que si se aprovechan con la interacción de los componentes de la producción, se logra un incremento importante en el rendimiento de los cultivos siendo satisfactorios en la agricultura bajo condiciones de riego practicada en forma eficiente. Por otro lado también se ha regulado la distribución del agua en diferentes áreas, induciendo su almacenamiento y tratando cada vez mas de aplicar los conocimientos que se deben tener en el uso y manejo del agua. El agua se encuentra distribuida en mayor o menor cantidad, por todo el globo terrestre, así tenemos que el mayor porcentaje de agua se encuentra en los océanos y el resto se puede encontrar hasta 5 Km., bajo la superficie del suelo o en la atmósfera hasta 11 Km., sobre la superficie en forma de vapor de agua, en el cuadro 1 se muestra la cantidad de agua y su distribución en la superficie terrestre.

8 Ciclo Hidrológico. Este fenómeno es un proceso natural de la circulación del agua en el hemisferio terrestre, se considera que este fenómeno se inicia con la precipitación pluvial de las nubes, donde su componente principal es el agua, parte de ella penetra al subsuelo, otra parte se va a los océanos, otra escurre por cauces para almacenarse en los lagos y simultáneamente el ciclo hidrológico empieza por el fin con la evaporación. Durante la precipitación parte del agua se evapora, en su mayoría se eleva desde el suelo húmedo, de los ríos, lagos, hojas de las plantas y sobre todo de los océanos, el agua evaporada de estos sitios se acumula formando nubes; que al enfriarse se produce la precipitación, de esta forma el ciclo se repite.

Figura 1. Ciclo hidrologico El ciclo a largo plazo equilibra los totales de evaporación y precipitación, y depende de la energía radiante del sol ya que proporciona la .fuerza ncesaria para transportar agua hacia la atmósfera, de esta forma puede volver a precipitarse, el conocimiento que tiene el hombre del ciclo hidrológico es cada vez mayor permitiendo resolver muchos de los enigmas sobre el agua, en la actualidad sabemos de donde proviene la lluvia, porque se recuperan los pozos y hasta el inducir la precipitación. Se tiene conocimiento que el hombre en su afán de controlar el gran motor del globo terrestre ha provocado que se presenten consecuencias impredecibles e indeseables entre las que podemos mencionar la alteración en las condiciones del clima que podrían incidir en cambios drásticos en el ecosistema, debido a esta situación es necesario tener un cuidado más estricto sobre la conservación del medio ambiente.

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Los recursos hidráulicos y la tecnificacion en del riego Basándose en estudios llevados a cabo por diversos investigadores en el ámbito internacional se ha concluido que aproximadamente tres cuartas partes de la superficie terrestre esta ocupada por agua y una cuarta parte de tierra firme, esto representa en general 360 millones de kilómetros cuadrados de mar y 150 millones de kilómetros cuadrados de tierra, dando una superficie total de 510 millones de kilómetros cuadrados aproximadamente. El agua como parte fundamental en la vida de los seres vivos y a las funciones que desempeña, es de vital importancia por los diversos usos a que se destina como son:        

Uso publico Pecuario Generador de nergía Uso municipal Acuacultura Agrícola Industrial Otros

En nuestro país la practica de la agricultura se clasifica en dos grandes grupos de acuerdo a la forma en que se ha venido realizando, estas son; la agricultura de temporal y la agricultura de riego, actualmente en promedio se cultivan alrededor de 24 millones de hectáreas en total, sobresaliendo en importancia las zonas áridas y semiáridas debido a que la producción de cultivos depende del recurso hídrico y por otro lado a que se dispone de grandes extensiones de tierra con estas características, Figuras 2 y 3 La agricultura de temporal obtiene la producción agrícola sin realizar aplicaciones adicionales de agua, es decir el cultivo está sujeto a las condiciones climáticas de cada región, en México este tipo de agricultura se practica en 17.9 millones de hectáreas localizadas en diferentes regiones en todo el país. Debido a las condiciones climáticas y topográficas de México han hecho que la agricultura de riego se practique en aquellas regiones donde la precipitación pluvial es insuficiente para abastecer la demanda hídrica de los cultivos y que es de primordial importancia para lograr una producción sustentable, diversificada y con un alto grado de seguridad de las cosechas.

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Figura 2. Distribución Geográfica de las Diferente Regiones Climáticas con que Cuenta el País de México (56,700,000 has). De acuerdo a las estadísticas reportadas durante el segundo ciclo internacional de fertirrigación en el mes de junio de 1997, estas indican que actualmente se tiene una superficie de 6.1 millones de hectáreas bajo condiciones de riego, sin embargo, aun cuando el porcentaje que representa es relativamente bajo, este tipo de agricultura se considera la más importante ya que genera alrededor del 56% de la producción agrícola nacional, lo que significa que en las áreas irrigadas la productividad promedio es 3 veces mas que la obtenida la obtenida en las áreas de temporal.

Figura 3. Localización de las Áreas Semiáridas del País (23,300,000).

11 Recordando el pasado histórico, este señala que las condiciones hidrológicas y topográficas han obligado a los mexicanos a mantener una lucha constante para obtener los productos de la tierra mediante la construccion de diversas obras de infraestructura, la tecnificación de la práctica de la agricultura y otros. En este aspecto se tienen antecedentes de las diversas obras hidráulicas que existían a la llegada de los españoles en el siglo XVI, y que son muestra clara de la importancia que los pobladores de aquella época daban al riego, estas se caracterizándose por su eficacia en su concepción y funcionalidad, con dichas obras se buscaba pasar de una agricultura neta-mente de temporal, a una agricultura de riego que permitiera asegurar más y mejores cosechas. El principio de lo que se considera la época moderna de la irrigación en México, y teniendo como marco jurídico la Ley Sobre irrigación que inicio en el año de 1926 cuando el Gobierno Federal establecio una trascendente política de riego en el país, formalizando la construcción de obras de grande y pequeña irrigación y en algunos casos, la adaptación y reconstrucción de obras construidas con anterioridad por la iniciativa privada, de ésta forma, los primeros Distritos de riego entraron en operación en el año de 1930. A través del tiempo el Gobierno Federal ha continuado con la construcción y complementación de la infraestructura hidroagrícola y ha establecido diversas acciones en los distritos de riego a fin de lograr un mejor aprovechamiento del recurso hidrico. En el año de 1961, la entonces Secretaria de Recursos Hidráulicos (SRH) inicio un programa de rehabilitación de los Distritos de Riego para mejorar y complementar las obras existentes, en ese tiempo se crearon las Oficinas de Ingeniería de Riego y Drenaje, cuyas funciones principales fueron las de mejorar y establecer técnicas modernas en el manejo del agua de riego, implementar los calendarios de riego, estudiar y resolver los problemas de salinidad y drenaje para recuperar los suelos afectados y prevenir el ensalitramiento entre otros. Con las obras mejoradas y la aplicación de técnicas adecuadas en el riego se detuvo en gran medida la pérdida de suelos por ensalitramiento; se propicio el uso de aguas subterráneas integrándo!as' con las de 'gravedad, así como la nivelación de tierras, el drenaje parcelario y el establecimiento de cuotas por servicio de riego. Para hacer un mejor aprovechamiento del agua, se implantó en los Distritos de Riego y Unidades de Riego para el desarrollo rural, un programa para controlar su medida logrando una mejor distribución del recurso hídrico, elevar la eficiencia de conducción y mejorar la de aplicación en el ámbito parcelario. Así durante los años setenta se logró incrementar substancialmente la eficiencia de los distritos de riego principalmente en la conducción del agua y en el riego parcelario, esta decisión propicio un incremento significativo de la productividad y la producción agrícola. De la superficie total que se cultiva bajo condiciones de riego, aproximadamente 3.3 millones de hectáreas son operadas por 81 distritos de riego del País, estas son trabajadas por aproximadamente medio millón de usuarios, que generan una producción agrícola con un valor de 20 mil millones de pesos.

12 El 65% de la superficie establecida esta constituida por granos pequeños, destacando por su importancia el maíz, trigo, sorgo y garbanzo, las hortalizas constituyen otro de los cultivos importantes en los distritos de riego, pues aunque solo representan el 6% de la superficie, el valor de la producción es del 27% del total. El resto de la superficie bajo riego representada por 2 millones 800 mil hectáreas, se encuentra repartida en aproximadamente 27 mil pequeños propietarios que constituyen las denominadas Unidades de Riego, y cuya producción agrícola es tan importante como la de los distritos de riego. En la década de los ochenta, los distritos de riego sufrieron un notable deterioro en su infraestructura, ocasionando que disminuyera en gran medida la eficiencia de riego, esto se tradujo en una considerable reducción en la producción agrícola, por la disminución de la superficie cosechada y por los bajos rendimientos de los cultivos, ante esta situación la Comisión Nacional del Agua (CNA), al hacerse cargo de los distritos de riego en el año de 1989, estableció una política encaminada a que la operación, conservación y la administración se transfiriera a los propios usuarios organizados en Asociaciones Civiles y Sociedades, con la finalidad de lograr la autosuficiencia financiera y un mejor aprovechamiento de los recursos disponibles A pesar de los grandes avances logrados durante los 70 años de la irrigación en México, aun se reconocen hoy en día, grandes problemas que limitan el aprovechamiento del agua; unos derivados por el estado en que se encuentra la infraestructura hidroagrícola y otros, porque los métodos de riego empleados no permiten un mejor aprovechamiento del agua en el ámbito parcelario. Basándose en lo anterior la eficiencia de conducción en muchos distritos de riego es en promedio de un 62%, y la eficiencia de aplicación alcanzada en el riego parcelario se estima que ha caído en un 60%.

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RELACIÓN AGUA – SUELO

14 La importancia que representa el estudio de los factores agua y suelo en la producción agrícola es básico para poder comprender los diferentes fenómenos que se presentan cuando se realiza la aplicación del agua de riego, debido a que influyen en forma significativa en el rendimiento o respuesta de los cultivos. Para poder entender las funciones que realiza el agua en la producción de cultivos es necesario primero conocer sus principales características como son.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA. El nombre comun del agua se aplica al estado liquido compuesto de hidrógeno y oxigeno, basándose en esto el químico frances Antoine Laurent señalo que el agua no era un elemento sino un compuesto, esta consideración ya habia sido analizada por Henry Cavendish que sintetizo al agua como una mezcla de hidrógeno y aire, posteriormente Joseph Louis Gay-Lussac y el aleman Alexander Von Humboldt demostraron en forma conjunta que el agua consistia de dos volúmenes de hidrógeno y uno de oxigeno El agua químicamente pura es una sustancia inodora, incolora, insípida y transparente, que en capas de poco grosor toma un color azul cuando se mira a traves de superficies de 6 y 8 metros debido a que absorbe radiaciones rojas, tiene características especiales en relacion a sus propiedades físicas, pues cabe señalar que ésta es la única sustancia que se presente en estado natural sobre la tierra, durante los dias de invierno se caracteriza por cubrir los lagos en forma de hielo, en el verano constituye la masa del lago como líquido y flota en la atmósfera en forma de vapor de agua, asi mismo se considera que existe en abundancia, en tres estados diferentes, estos son; Sólido, Liquido y Gaseoso.

Figura 4. Punto Triple del Agua. Sólido, Líquido y Gaseoso.

15 Es importante señalar que el sistema en sus tres fases, sólido, líquido y gaseoso del agua se encuentra en equilibrio, solo si se conserva a una temperatura de 0.0098° C y a una presión de 4.58 mm de una columna de mercurio formando el denominado punto triple del agua (Figura 4.), este equilibrio es roto por un ligero cambio en la temperatura y en la presión. Las principales propiedades físicas del agua se atribuyen a los enlaces del puente de hidrógeno y las mas importantes que se consideran son; la densidad, el calor especifico, el punto de ebullición y congelación, presion de vapor y calor latente. Densidad del Agua. Esta se define como la relacion que existe entre la masa por unidad de volumen (kg/m3), su valor se toma como uno, cuando en realidad es de 0.9999, y esta alcanza su estimación máxima cerca de los 4°C a presión normal, el valor estimado se utiliza como patrón cuando se comparan las densidades de las diferentes sustancias, por regla general, toda sustancia sea sólido, líquido o gaseoso, se contrae (disminuye de volumen) al enfriarse, el agua no es la excepción a esta regla dentro de un amplio rango de temperaturas. A medida que su temperatura disminuye partiendo de 100°C considerado como el punto donde se condensa el vapor hasta llegar a 4°C, el volumen disminuye en forma continua, al llegar a este punto el proceso se invierte, en lugar de seguir contrayendose con el descenso gradual de la temperatura desde 4°C hacia el punto de congelación, el agua se dilata gradualmente, esto quiere decir que su densidad disminuye; un volumen unitario de agua pesa menos a 3°C que a 4°C, aun menos a 2°C, y la disminución continua de manera uniforme hasta llegar a 0°C. En ese punto, la dilatación o disminución de la densidad es abrupta y drástica como se muestra en la Figura 5, al congelarse para formar hielo el agua aumenta su volumen a una onceava parte.

Figura 5. Variación de la Densidad y el Volumen de Agua con la Temperatura.

16 La expansión del agua cuando se forma hielo es realmente significativa, si esta expansión se presenta puede resultar dañina para las plantas ya que forma cristales de hielo entre las células, esto se debe a la concentración de la solución que se encuentra en equilibrio con la del interior de la célula, de esta forma sale agua de la célula ocasionando una deshidratación brusca y severa que trae como consecuencia la reducción del volumen hasta un nivel crítico causando la muerte súbita. Asi mismo se presenta la rotura de las paredes por la presencia de cristales extracelulares.

Calor Específico. Para comprender esta propiedad es de vital importancia establecer la diferencia que existe entre calor y la temperatura ya que ambos conceptos algunas veces se confunden. El calor es una forma de energía, la aplicación de la energía a una sustancia da como resultado un aumento en el movimiento denominado "agitación térmica" de las moléculas que componen dicha sustancia y la temperatura de un cuerpo es una medida del vigor con que se produce el movimiento de todos los átomos y moléculas comprendidas en el sistema. Una vez analizados estos dos conceptos el calor específico se definen como la cantidad de energia que se necesita para agregar a 1 cm 3 (1 gr) de agua para incrementar la temperatura en 10º C, este se expresa en calorías por gramo, por grado centígrado (cal/gr/ºC). El agua es la substancia que tiene el calor específico más alto que cualquier otra que se conoca a excepción del amonio líquido, esto significa que puede absorber una gran cantidad de calor sin aumentar relativamente su temperatura; lo que es de gran importancia desde el punto de vista biológico. Punto de Ebullición y Congelación. El punto de ebullición, se considera a la temperatura en la cual el agua pasa de estado líquido al de vapor, en ese momento la presión de vapor del agua es igual a la presión atmosférica. El punto de congelación, es la temperatura que se presenta para que el agua pase de estado liquido a sólido, es decir se solidifica, en el caso del agua, el punto de congelación corresponde a la misma temperatura (0°C a una atmósfera de presion) que el punto de fusión (cambio del estado solido a liquido). El agua cuya fórmula química es H2O, se debe a que cada una de sus moléculas esta formada de dos átomos de hidrogeno, y una de oxigeno, tiene una estructura molecular análoga a la de las substancias cuyas fórmulas son H2Te (ácido Telurhídrico), H2Se (ácido Selenhídrico) y H2S (ácido sulfúrico ). El ácido Telurhídrico (H2Te), es el mas pesado de las cuatro substancias, y presenta los puntos de ebullición y congelación mas elevados, mientras que el aqua, la mas liqera tendría los mas bajos.

17 El ácido Telurhídrico, cuyo peso molecular es de 129, hierve a – 4º C y se congela a – 51º C, el ácido Selenhídrico de peso molecular 80, hierve a – 42º C y se congela a – 64º C, el ácido sulfúrico con peso molecular de 34, hierve a – 61ºC y se congela a – 82ºC, el peso molecular del agua es de 18 y se estima que debería congelarse alrededor de – 100ºC y hervir aproximadamente a 80ºC como se observa en la Figura 6, sin embargo, como se sabe los puntos correspondientes son OºC y 100ºC.

Figura 6. Características mas Típicas del Agua y otras Substancias Presión de Vapor. La presión parcial ejercida por el vapor de agua se denomina presión de vapor, en cualquier mezcla de gases, cada uno de ellos ejerce una presión parcial independiente de otros gases, si toda el agua de una muestra de aire húmedo con presión inicial (p) contenido en un recipiente cerrado se remueve, la presión final (p') del aire seco será inferior a (p). Por lo tanto, la presión de vapor (e) sera la diferencia entre las presiones ejercidas por el aire húmedo y el aire seco, es decir presion inicial (p) menos presión final (p'), los valores de presion de vapor de agua para diferentes temperaturas se presentan en el Cuadro 2.

18 Cuadro 2. Valores de Presión de Vapor a Diferentes Temperaturas TEMPERATURA PRESION DE VAPOR DEL AGUA Mm de Hg. Milibares gr I cm2 0 4.58 6.11 6.23 5 6.54 8.72 8.89 10 9.20 12.27 12.51 15 12.78 17.04 17.38 20 17.53 23.37. 23.83 25 23.76 31.67 32.30 30. 31.83 42.43 43.27 35 42.18 56.24 57.34 40 55.34 73.78 75.23 50 92.56 123.40 125.83 60 149.46 199.26 203.19 70 233.79 311.69 317.84 80 355.28 473.67 483.01 90 525.89 701.13 714.95 100 760.00 1013.25 1033.23 200 11650.00 15520.60 15826.65 220 17390.00 23167.65 23624.50 574 166000.00 221151.84 225512.70 Calor Latente de Solidificación (fusión). Esta se define como la cantidad de calor requerido para convertir un gramo de hielo en agua líquida, permaneciendo constante la temperatura, cuando un gramo de agua líquida se congela libera el calor latente de fusión, esto explica porque el agua de lluvia alcanza una temperatura inferior a O°C, las gotas formadas, pueden permanecer líquidas o se transformen en pequeñísimas partículas de hielo. En este caso cada gramo de agua, pasando del estado sólido a la misma temperatura, libera alrededor de 80 calorías que es la cantidad de calor necesario para elevar a casi 0.23°C la temperatura de 1 m3 de aire a presión normal.

Figura 7. Representación de Gráficas del Calor Latente del Agua.

19 Calor Latente de Vaporización. Este fenómeno considera a la cantidad de calor requerido para convertir un gramo de agua a un gramo de vapor a la misma temperatura (139 calorías), esta característica puede atribuirse a la tenacidad del enlace de hidrógeno y es importante considerarlo en el enfriamiento de las plantas, en la figura 7, se observa como el calor latente hace que el agua sea un regulador sorprendente. Fuerza Adhesiva. Debido a su naturaleza polar, el agua es atraída por muchas otras substancias que son adheridas por ella, la celulosa, el almidón y las proteínas de tejidos vivientes son clara muestra de esta atracción entre moléculas distintas (agua y otras moléculas) siendo muy importante en el movimiento del agua en las plantas. Tensión Superficial. Esta característica se define como la fuerza de atracción entre moléculas que presenta la existencia de una película en la superficie de los líquidos, debido a la causa del enlace de hidrógeno, las moléculas del agua son fuertemente atraídas entre sí mismas, de esta forma el agua tiene una fuerza de presión muy peculiar, que se mide en dinas/cm,. El agua, a excepción del mercurio, tiene una mayor tensión superficial que todos los líquidos comunes, lo que le permite ascender por capilaridad en un tubo de vidrio de 0.03 mm de diámetro a una altura de 150 cm. Para observar ese fenómeno, es necesario colocar un tubo hueco en un recipiente de agua como el que se muestra en la Figura 8, si se considera el peso de la columna como F1, existirá una fuerza F2 igual y en sentido contrario que sostendrá dicha columna, esta fuerza se debe a la Tensión superficial.

Figura 8.- Representación grafica para demostrar el fenómeno de la capilaridad.

20 Dado que el sistema se encuentra en equilibrio se tiene que: F1 = F2

----------------------------------------------------------------------------- 1

Donde:

F1  2 r 2  h

----------------------------------------------------------------------------- 2

F2  2  r 2 T cos  ---------------------------------------------------------------------------- 3 Si se igualan ambas ecuaciones, esta es igual a:

2 r 2  h = 2 r 2 T cos 

--------------------------------------------------------------- 4

Si se despeja la altura (h) se tiene: Donde:

2 T cos -------------------------------------------------------------- 5 r2  F1 = Peso de la columna gr F2 = Fuerza de equilibrio gr T = Tensión superficial gr/cm. R = Radio del tubo. cm P = Peso especifico del líquido. grs/cc. H = Altura de la columna. Cm h

El valor de la altura de la columna de agua es inversamente proporcional al radio del tubo y directamente proporcional a su tensión superficial, el valor de la tensión superficial en el agua pura, es aproximadamente de 75 dinas/cm, como se indica en el cuadro 3. Cuadro 3. Algunas constantes Físicas del Agua Pura Constante Valor Calor Especifico ( 15°C) 1.000 Calor Latente de Fusión 79.8900 Calor Latente de Vaporización 539.4000 Presión de Vapor a Saturación (15°C) 0.0169 Densidad (15ºC) 0.9913 (4°C) 1.0000 (0ºC) 0.9987 Densidad del vapor a saturacion 12.8500 Tensión Superficial 73.4000 Conductividad Termica 1.4200

unidad Cal /gr Cal - gr Cal /gr bar gr/cm3 gr/cm3 gr/cm3 gr/cm3 Dinas/cm/seg Cal/cm – seg ºC

21 En una columna llena de agua, como se observa muestra en el Xilema de un tallo de una planta, la fuerza de tensión puede alcanzar valores muy altos, debido a este mecanismo el agua se eleva a puntos mas altos de las copas de árboles, además de que se mueve extensivamente por capilaridad a través de las cavidades del suelo. Viscosidad. La viscosidad de un líquido se define a la resistencia que presenta a fluir como resultado de la interacción o cohesión de sus moléculas, la viscosidad es inversamente proporcional a la temperatura de un líquido, el contenido de solutos disueltos influye en la variación de la viscosidad (), se expresa en gramos por centímetro por segundo (gr/cm/seg.), como se indican en el Cuadro 4. Cuadro 4. Variación de la Viscosidad de los Fluidos con la Temperatura. Sustancia Temperatura o C Viscosidad gr./cm./seg. Agua O 1.7910 x 10 -2 Agua 10 1 .3077 x 10 -2 1 .0050 x 10 -2 Agua 20 Agua 25 0.8950 x 10 -2 Agua 50 0.5490 x 10 -2 Agua 100 0.2338 x 10 -2 06490 x 10 -2 Bencéno 25 Kerosén 25 0.3450 x 10 -2 Aceite (máquina) 25 0.92 6.20 Aceite (recino) 25 Conductividad Térmica. Este factor se define a la capacidad que tiene una substancia para transferir calor de una molécula a otra, tambien se considera como la cantidad de calor transmitido a través de una substancia por unidad de sección transversal, por unidad de gradiente de temperatura por segundo, se expresa en calorías por segundo, centímetro y gradiente de temperatura en grados centígrados (cal/seg. cm °C). Resistencia Eléctrica. La resistencia eléctrica (Re), es la oposición que presenta un conductor metálico o eléctrico de 1 cm de largo y 1 cm -2 de área transversal al peso de la corriente eléctrica, se expresa en ohm por centímetro, por ejemplo la resistencia eléctrica (Re) se tiene los siguientes compuestos, se expresan en Agua = 9.1 x 106 ohm / cm a 18 °C. Hielo = 3 x 107 ohm / cm 8 Cuarzo = 1 x 10 ohm / cm Conductividad Eléctrica. Este parámetro se considera lo inverso de la resistencia eléctrica, se expresa en ohm por centímetro, esta unidad de medida es grande y por ello la mayoria de las soluciones tienen una conductividad menor, bajo estas circunstancias se han escogido subunidades menores que permiten una localizacion del punto decimal mas adecuado.

22 Debida a esto la unidad Ce x 10-3 se representa en milimhos por centímetro y es una unidad muy practica en análisis de salinidad, por otra lado la Ce x 10-6 sirve para expresar la conductividad en micromhos / cm, siendo la unidad que más se utiliza para expresar la conductividad eléctrica del agua, como lo señala el Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos. Para ejemplificar la forma de manejar las expresiones, considere que se tiene una Ce = 0.000226 mmohos/cm, al expresarla en milimohos/cm (Ce x 10 -3), esta es igual a 0.226; si se quiere expresar en micromhos/cm (Ce x 10-8), sera igual a 226. PROPIEDADES QUIMICAS DEL AGUA. El agua es, quiza el compuesto químico mas importante en las actividades del hombre y el mas versátil, se piensa que el agua natural que conocemos es un compuesto químico de formula H2O, pero no es asi, debido a su gran capacidad disolvente toda el agua que se encuentra en la naturaleza contiene diferentes cantidades de sustancias en solucion y hasta en suspensión, lo que corresponde a una mezcla. Las fuerzas de repulsión se deben a que los electrones tienden a mantenerse separados al máximo (porque tienen la misma carga) y cuando no estan apareados se repelen, las fuerzas de atracción se deben a que los electrones y los núcleos se atraen mutuamente porque tienen carga opuesta. Enlace lónico. Los electrones exteriores de los elementos pueden reaccionar de diferentes formas para efectuar combinaciones químicas, un ejemplo de esto es la valencia iónica, esta valencia significa el poder de combinación, ya que depende de la capacidad de ciertas especies para ceder electrones y transformarse en iones positivos, y de otras tipos para adquirir electrones convirtiéndose en iones negativos. Los iones positivos, se llaman catiónes porque son atraídos hacia el polo negativo, de un elemento, y los iones negativos se denominan aniónes, porque son atraídos hacia el polo positivo del un elemento, por la acción de las fuerzas electrostáticas los iones de carga opuesta se atraen a esta manteniendose unidos a los átomos, a este se le conoce como enlace lónico El Agua y la Unión de Hidrógeno. Experimentalmente se ha encontrodo otro tipo de unión más intensa que la iónica, esta es la unión covalente, por ejemplo el agua donde los dos átomos de hidrógeno estan unidos por enlaces covalentes al átomo de oxígeno no se encuentran uno frente al otro, sino que sobre un mismo plano forman un ángulo de 105º con respecto al núcleo de oxígeno, y la longitud de enlace oxigeno – hidrógeno es de 0.96 angstroms y se requiere de 118 Kcal/mol para romper uno de estos enlaces covalentes de la molécula de agua como se observa en la Figura 9.

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Figura 9. representación esquemática de la molécula de agua faltante. Esta forma de disposición de los átomos de hidrógeno, ocaciona que las cargas no estén repartidas uniformemente sobre la molécula, por lo que un exceso de carga positiva en el lugar donde se encuentren los átomos de hidrógeno y negativa al lado opuesto, esto origina un momento dipolar eléctrico; es decir, una molécula de agua, es un dipolo.

Figura 10. Representación Esquematica de la Molécula de Agua en forma de Tetraedro

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Otra forma de representar la molécula de agua, es imaginarla a un tetraedro con el átomo de oxígeno en el centro, dos esquinas ocupadas por los hidrógenos y las otras dos libres, esta se puede analizar en la Figura 10. De acuerdo a esto, varias moléculas de agua solamente podrán estar juntas si se encuentran ordenadas de esta forma la parte negativa de una molécula se orienta hacia la parte positiva de otra y viceversa, asi el átomo de oxígeno estará rodeado por cuatro átomos de oxígeno, dos por enlace covalente y dos por atracción entre moléculas, parecido al enlace de Van - de Walls pero más fuerte.

Figura 11. Estuctura Hexagonal del agua originadas por puentes de hidrógeno. El tipo de uniones que se observan en la figura 11 originan en el agua una estructura hexagonal, que se considera perfecta en los cristales de hielo y en las películas de agua adheridas sobre las particulas de suelo, el enlace entre el oxígeno e hidrógeno de moléculas vecinas es denominado " Puente de Hidrógeno" que es el responsable de las propiedades del agua.

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Figura 12. representación esquematica del arreglo de moléculas de agua alrededor de dos iones positivos o negativos en solucion. Debido a los puentes de hidrogeno el agua es considerada un disolvente poderoso de electrolitos, el lado positivo del agua es atraído por un ión negativo y el lado negativo por un ión positivo, de esa manera las moléculas se aglomeran alrededor de los iónes, por lo que estos últimos son incapaces de unirse entre sí, como se muestra en la Figura 12. Algunos aspectos relacionados con la solubilidad del compuestos se tienen:       

agua en los principales

Todos los nitratos son solubles. Todos los acetatos son solubles Todos los cloruros, bromuros, yoduros son solubles, con excepción el de plata, mercurio y plomo. Todos los sulfatos son solubles, con excepción del bario, estroncio y plomo, los sulfatos de calcio, plata y mercurio son poco solubles. Las mayorías de la sales de sodio, potasio y amonio son solubles. Todos los hidróxidos son solubles, excepto los elementos alcalinos, amonio y bario, el hidróxido de calcio es poco soluble. Todos los carbonos y fosfatos son insolubles, excepto los metales alcalinos.

El Agua Como Solvente. Basándose en su carácter dipolar, el agua disuelve mas substancias que cualquier otro líquido común, esto se debe en forma particular a la presencia de una constante dialéctica muy alta, esta constante es una medida de la capacidad para neutralizar la atracción entre las cargas eléctricas, asi tenemos que: 

El bicarbonato de Calcio Ca (HC03), fosfato de calcio Ca (H2 P04) son solubles.



Todos los sulfuros son insolubles, excepto los metales alcalinos, amonio y metales alcalinoterros, los sulfuros de aluminio sé hidrolizan con el agua precipitando, hidroxido de aluminio Al (OH)3

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

La solubilidad de la mayoría de las substancias aumentan con la temperatura, a excepción de los gases, esta afirmación tiene mayor validez a temperaturas de 35° a 40 °C.

Soluciones. Si al agua se le agregan cristales de una sal soluble como cloruro de potasio (KCI), estos se disolverán, si sé continuo agregando, se llegara a un punto en que el agua no es capaz de disolver más y comenzarán a aparecer cristales en el fondo del recipiente. En este momento se presenta un equilibrio entre la fase sólida y la disuelta, existiendo una solución saturada, si se aumenta la temperatura se disolverán mas cristales y la solución estará sobre saturada. Las soluciones que contienen cantidades de solúto por debajo del punto de saturación se les denomina “concentradas” pero si la cantidad es aun menor se les llama “diluidas” o “muy diluidas” Concentración de las Soluciones. La proporción de peso en gramos de solución por unidad de disolución se denomina "concentración"; basándose en la concentración existente se puede definir varios tipos de soluciones, estas son: Solución porcentual (%). Esta solución se considera al peso de solúto, (gr.) en 100 ml de solución, por ejemplo una solución de cloruro de sodio (NaCI) estará al 10 %, si contiene 10 gr de esta sal en 100 ml de la solución. Partes por millón (ppm). Se considera a los gramos de solúto por millón de gramo o ml de solución, equivalente a un mgIlitro, por ejemplo, una solución de fósforo tendrá 5 ppm si se encuentran 5 gramos de fósforo en un millón de gramos, ml de solución, que es equivalente a 5 ml/litro. Solución molar, (M). Una solución es molar cuando en un litro de ella se encuentra disuelto el peso molecular de una substancia, existen soluciones 3M, 2M 0.1M y otras, por ejemplo, para preparar una solución molar de cloruro de sodio (NaCI) habrá que pesar 58.5 gramos de sal, a su peso molecular y agregarle agua hasta completar un litro, 1000 ml, por otro lado, si se quiere preparar 0.1 M se pesaran 5.85gr. de sal. Solución Molar (MI). Otra forma de analisis se tiene al considerar una solución molar como aquella que contiene el peso molecular de una substancia en 1000 grs, (1 kilogramo de solvente). Existen soluciones 3M, 2M, 0.1M y otras por ejemplo; Para preparar una solución molar de cloruro de sodio (NaCI) habrá que pesar 1 kilogramo de agua o solvente y se le agrega el peso molecular de la sal, 58.5 gr si se quiere preparar O.Om se le agregara solamente 5.85 gr. Solución Normal, (N). Se considera de esta forma, cuando en un litro de solunion se disuelve el peso equivalente de una substancia, existen soluciones de 0.01 N,

27 0.1N, 0.5N, 1N, 2N, 10N y otras, el peso equivalente de una substancia se obtiene dividiendo el peso molecular de la substancia entre la valencia: Para determinar el peso molecular se suman los pesos atómicos de todos los átomos que integran la molécula de la substancia, incluyendo las moléculas de agua cuando se trata de substancias hidratadas. ( ACIDO) Pe 

Peso Molecular ( PM ) ...................................... 6 No. de Pr otones que pueden ceder los acidos

( SALES ) Pe 

Peso Molecular ( PM ) No. de Electrones que se int ercambian

........................................ 7

( BASES ) Pe 

Peso Molecular ( PM ) No. de Pr otones que acepta la base

......................................... 8

Para preparar una solución de 1.0 normal de cloruro de sodio (NaCI), cuyo peso molecular PM= 58.5 gr, se añade 58.5 gr/l, de sal y se afora en un litro de solución. Para preparar una solución 1.0 normal de NaCI, con un PM = 111.0 gr y un Peso equivalente, Pe = 55.5 gr, debe añadirse este último peso en agua destilada hasta formar un litro de solución.

RELACION ENTRE LOS COMPONENTES DEL SUELO. El suelo es uno de los factores más importantes que intervienen durante la producción agrícola de los cultivos por las funciones que desempeña durante un periodo determinado, estas funciones son específicas para cada tipo de suelo ya que varían ampliamente en sus propiedades físicas y químicas, sin embargo, a pesar de ello se establece una relacion muy estrecha entre el suelo y la planta donde el agua es agente principal que provoca la continuidad entre estos dos factores, dado lo anterior el suelo desarrolla las siguientes funciones: a) Medio de sostén. El sistema radicular del cultivo penetra a través del suelo logrando de esta forma se establezca un soporte para las plantas que les permita protegerse contra la acción del viento y otros fenómenos que pueden ocasionar su destrucción. b) Fuente de nutrientes. Las plantas para su desarrollo requieren de una gran cantidad de nutrientes necesarios para lograr un crecimiento óptimo, en forma natural los nutrientes se encuentran en el suelo por la descomposición de residuos vegetales y minerales que dan origen a la materia orgánica. En la medida que

28 estos nutrientes se encuentran en el suelo con un alto grado de disponibilidad se vera reflejado en forma importante en el rendimiento y la producción de cultivos. c). Reservorio de agua. El suelo actua en forma de un deposito de agua con la capacidad de almacenar y determinar el patron de crecimiento de las plantas ya que es el componente principal en la mayoría de los vegetales, y por otro lado el grado de disponibifidad de los elementos nutritivos al actuar como medio de transporte hacia la planta. PROPIEDADES FÍSICAS DEL LOS SUELOS. Es de suma importancia conocer las propiedades físicas del suelo, ya que conjuntamente con las propiedades químicas y biológicas, nos permiten decidir en una forma mas precisa las diferentes actividades agrícolas que se deben realizar durante un proceso de producción, algunas de estas actividades son: Fertilización, Labranza, Nivelación, Drenaje agrícola, Conservación de suelos, Irrigación y otros. Las propiedades físicas mas importantes que se tienen que tomar encuentra son, los componentes del suelo, textura y estructura del suelo. Componentes del suelo. El suelo es un sistema muy complejo, hetereogeneo, disperso y dinamico, sin embargo, de acuerdo a los estudios realizados durante años se ha determinado que esta constituido por una proporción de elementos minerales, materia orgánica, aire y microorganismos, debido a esta situación se ha concluido que el suelo esta formado por tres fases basicas que son; Liquida (agua), Sólida (suelo), y gaseosa (aire y agua en forma de vapor) Entre estos factores la combinación permite que exista un dinamismo muy intenso dado que la proporción de ellos varia tanto en espacio como el tiempo, sin embargo, tomando en cuenta los estudios realizados a travez del tiempo se ha concluido que la composición hipotética del suelo esta formado por un 50 % de espacio poroso y un 50 % de espacio sólido. El espacio sólido se encuentra constituido básicamente por materia orgánica en un (3 – 5 %) y el material mineral (45 - 47 %). El material organico se encuentra integrado por los residuos vegetales y animales que han pasado por el proceso de descomposición realizado por los microorganismos. Los materiales minerales estan formados por los minerales sin alterar que son las arenas y limos formados por cuarzo, carbonatos, calcio y aluminio; y los materiales alterados integrados por arcillas, caolinita, monmorillonita y otros.

29

Figura 13. Composición Hipotética del Suelo. El espacio poroso se encuentra integrado por aire (25 %) y agua (25 %), estos porcentajes se muestra en la Figura 13, se considera espacio poroso a todos aquellos huecos libres que se encuentran dentro de las fases del suelo, dentro de ellos se distinguen dos tipos, estos son: Los microporos (espacios más pequeños). Los macroporos (espacios más grandes). Textura del Suelo. Este factor es otra propiedad física importante del suelo, esta es considerada a la proporción relativa de los diferentes tamaños de partículas, es decir las proporciones que se tienen de arena, limo y arcilla. Esta consideración indica que las partículas de la fase sólida se diferencian por su tamaño, basándose en la clasificación propuesta por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, estas se muestra en el Cuadro 5. Cuadro 5. Clasificación de las Partículas de Suelo de Diámetro de acuerdo a su diámetro. Nombre Diámetro (mm) Arena gruesa 2 0.2 Arena fina 0.2 0.02 Limo 0.02 0.002 Arcilla Menos de 0.002 Al realizar la combinación de las diferentes proporciones de arena, limo y arcilla se forman los distintos tipos de textura que se conocen actualmente, estas se indican en el cuadro 6. Cuadro 6. Tipos de Textura. Arcilla Arena Limo

Franco Arcilloso Arcilloso - Arenoso Franco - Arcillo - Arenoso

30 Franco Franco - Arenoso Arenoso - Franco

Franco - Arcillo - Limosó Arcillo - Limoso Franco - Limoso

Analizando el grupo de texturas (cuadro 6), se observa que existe un limite inferior y uno superior, en él limite inferior se tiene a la textura arenosa que es menos compleja y se caracteriza por poseer un 20 % de limo y el 80 % de arenas, estos porcentajes ocasionan que se forman poros mas grandes, permitiendo una buena aireación y un drenaje rápido de agua, sin embargo, tiene una baja capacidad de retención de agua. En el limite superior se encuentra la arcilla que posee las características opuestas al arenoso, se caracteriza por presentar mas de un 30 % de arcilla, es decir esta formado por poros más pequeños pero en mayor cantidad ya que las partículas son más pequeñas ocasionando que el agua sea retenida con mayor fuerza. Sin embargo, la aireación y el movimiento del agua son menores, debido a estas características se puede señalar que las arcillas del tipo montmorillonitas tienen la capacidad de expanderse cuando están húmedas o contraerse al secarse. Desde el punto de vista agrícola la textura que se considera la mas apropiada para la producción de cultivos es la franco o migajon ya que posee una proporción adecuada del tamaño de partículas que cumplen con las condiciones de aireación, drenaje y una buena retención de humedad. METODOS PARA DETERMINAR LA TEXTURA DEL SUELO. A travez del tiempo se han desarrollado varios métodos para determinar la textura del suelo, sin embargo, la selección del metodo depende del grado de exactitud que se desee tener, y de la rapidez ya que cada método presenta una serie de ventajas y limitaciones que en muchos de los casos definen el método a utilizar, dentro de estos métodos se encuentran los siguientes:   

Estimación del tacto. Método de la pipeta Hidrometro de bouyoucos

Estimación al tacto. Este metodo permite determinar rapidamente en el campo la textura del suelo, para identificarla se colecta una pequeña porción de suelo, se palpa con los dedos ligeramente y para su estimacion se utiliza la información de que se indican en el cuadro 7, que se relacionan con ciertas caracteristas que se presentan. Para utilizar este método es necesario contar con cierta experiencia, por ejemplo se tiene que la arena raspa los dedos y puede verse a simple vista las partículas; los limos tienen un aspecto harinoso y tienden a agrietarse: las arcillas forman terrones cuando están secos y pastosos si están húmedos.

31 Cuadro 7. Características de Tipos de texturas. Grupo de texturas Características Suelos ligeros Los granos se sienten o se ven a simplevista, si se aprieta en estado seco se separa en secciones al cesar la presion. Si se aprieta en estado humedo forma una masa al cesar la presion pero se parte al ser tocada. Suelos francos Los granos se pueden ver o sentirse fácilmente. Si se aprieta en estado húmedo forma una masa que puede ser manipulada sin romperse. Suelos medios Cuando esta seco se forman terrones, estos se rompen fácilmente, pulverizado es suave y arenoso. Mojado se desliza suavemente, y tiende a formar lodo. Húmedo, forma una masa que puede ser manipulada fácilmente sin romperse. Suelos moderadamente Cuando están secos forman terrones duros, si el suelo finos húmedo se adelgaza entre el índice y el pulgar, forma una cinta delgada, se rompe fácilmente si se sostiene por uno de sus extremos. EI suelo húmedo es plástico y aguanta la manipulación, no se desmorona fácilmente, y forma una masa pesada y compacta. Suelos pesados Cuando están secos forman terrones muy duros, mojado es muy plástico y adhesivo. El suelo húmedo forma una cinta larga y flexible cuando se amasa entre el indice y el pulgar algunas arcillas son desmenuzadas y pierden elasticidad. Método de la Pipeta. Este es Uno de los métodos mas difundidos y exactos para determinar la concentración de las partículas en suspensión y consiste en tomar con una pipeta la muestra de suelo, el método estima la cantidad de sólidos en el volumen tomado como muestra, una vez evaporada el agua, es necesario secar la muestra y pesarla, para evitar posibles errores en la determinación, es importante que la pipeta sea llenada con una velocidad uniforme, para ello se debe fijar a una fuente de vacío constante, la muestra extraída debe ser de una capa delgada de suspensión a la requerida. Metodología para Determinar la Textura por el Método de la Pipeta. Para determinar la textura por este método, es necesario tomar una muestra de suelo la cual debe ser pasada por un tamiz de 2 mm de diámetro, si el tiempo es un factor determinante la prueba debe efectuarse sin destruir la materia orgánica, pero esto ocasiona cierto error; para determinarla se lleva a cabo el siguiente procedimiento. 

Si el suelo es migajon pese una muestra seca, si esta húmeda tome 100 gr. y sequelo en estufa, para suelos arenosos emple una muestra mas grande, y una muestra de 50 gr. para suelos con arcilla, si se conoce el contenido de agua se necesitan dos muestras, una se utiliza para el análisis y otra para determinar el peso del suelo seco, coloque esta segunda muestra en un bote y sequelo en estufa a una temperatura de 105 a 110 o C durante 24 hrs.

32



Coloque la muestra de suelo en un vaso de dispersión, agregué 100 mililitros de agua destilada y agite hasta formar una suspensión, después agregué 30 mililitros de sodio saturado a 20 mililitros de solución de caigan y agite hasta que todo quede bien mezclado.



Vierta agua destilada al vaso de dispersión hasta 1.5 pulgadas antes de alcanzar el borde.



Coloque el vaso de dispersión en la mezcladora, situando la marca hacia la parte posterior, mantenga la mezcladora durante 10 minutos.



Transfiera la suspensión a la probeta de sedimentación, limpie la probeta de cualquier partícula de suelo que haya quedado adherida, llene la probeta con agua destilada hasta la señal de 100 mililitros.



Compruebe la temperatura de la suspensión y determine la velocidad de sedimentación con la gráfica y la ecuación v = kd2



Calcule el tiempo para que la línea arena - limo llegue a la profundidad de 10 cm.



Tape la boca de la probeta y mezcle su contenido invirtiéndola varias veces al mismo tiempo que se agite, coloque la probeta en la mesa y registre de inmediato el tiempo.



En el tiempo determinado (40 seg, para la profundidad de 10 cm si la temperatura es de 25ºC) inserte la probeta en la suspensión y saque una muestra de 25 mililitros.



Coloque la muestra de suelo humedo en un bote cuando haya sido pesado con una precisión de 0.01 gr, evapore el agua colocando el bote dentro de una estufa a una temperatura de 104º por un tiempo de 24 horas. Enseguida pese la muestra con precisión de 0.01 gr y multiplique este por 40, después reste un gramo debido al agente dispersante, registre el resultado como peso del limo mas arcilla.



Repita los pasos 6, 9, y 10 para determinar la cantidad de arcilla, utilice la máxima profundidad posible en el tiempo que disponga, en la practica la muestra se deja durante la noche y se emplea mayor profundidad, registre el resultado como peso de la arcilla.



Calcule el porcentaje de arena, limo y arcilla y determine la textura del suelo mediante el triángulo de texturas.

Método del Hidrómetro de Bouyucos. En este método la cantidad de sólidos se determina dividiendo la densidad de suspensión de un hidrómetro especial en

33 intervalos optimos, ya que la densidad disminuye a medida que las partículas sólidas se van sedimentando, este método ha sido calibrado con el método de la pipeta que es mas rápido pero menos exacto. La determinación de la textura por este método es necesario tomar en cuenta los siguientes aspectos. 

Calcule el porcentaje de arena, limo y arcilla y determine la textura mediante el triángulo de texturas.



El método se basa en que las partículas más grandes presentan una menor superficie en proporción a su peso que las partículas pequeñas, por esto cuando las partículas de diferentes tamaños se encuentran en suspensión en el liquido, las particulas se asientan primero.



Si lo anterior se cumple, entonces la arena se asentara primero, enseguida el limo y finalmente la arcilla.



El hidrómetro proporciona una indicación importante, ya que mientras más material de la suspención se asienta, la densidad de suspención será menor, el hidrómetro esta calibrado para dar lecturas directas en gramos del material en suspención por litro de la misma.



Las partículas de suelo tienden a juntarse, debido al efecto de los materiales inorgánicos sedimentados, para mayor precisión en cualquier análisis mecánico, las partículas deben dispersarse, por ejemplo se tiene al hexametofoafato de sodio, oxalato de sodio y ácido clorhídrico que dependen del material agregado.



La temperatura influye en la densidad del agua, por lo tanto para tener mayor precisión en los resultados deben de corregirse por temperatura.

Metodología para Determinar la Textura. Para determinar la textura de un suelo deben seguirse los siguientes pasos. 

Pese 50 gramos de suelo de textura fina y 100 gramos de textura arenosa



Coloque cada muestra en un vaso de precipitado de 400 mililitros, agrege 150 mililitros de agua destilada y deje reposar cuando menos durante 15 minutos, transferirse cuantitativamente la muestra a la copa de agitación y lIenese esta con agua destilada hasta 5 cm, abajo del borde.



Agregue 50 cc de solución de hexametafosfato de sodio industrial, prepare la solución con 36.5 gramos de calgon en 2250 mililitros de agua destilada, agítese, la densidad exacta a una lectura de 36.5 en el hidrómetro.



Después agítese 5 minutos en el dispersor mecánico para suelos resistentes a

34 la dispersión, use periodos de agitación de 15 minutos. 

Es necesario transferir toda la dispersión a la probeta con agua destilada, si se emplean 50 gramos de suelo, afore la probeta con agua destilada hasta un volumen de 130 mililitros



Enseguida agíte la suspención durante dos minutos, procure que durante este periodo de agitación girar la probeta 180 grados con respecto al vertical, para ello puede emplearse un agitador de placa circular perforada y vástago.



Coloque la probeta sobre la mesa para que repose, a los 30 segundos coloque el hidrómetro en la suspención para efectua la primera lectura a los 40 seg.



Registre la lectura a los 40 segundos, anote la temperatura y nuevamente el tiempo cero.



Deje reposar la muestra por 60 minutos, tome la lectura del hidrómetro, y anote de nuevo la temperatura.

Por ultimo determine simultáneamente la temperatura de la suspención, seque el hidrómetro y con agua destilada limpie perfectamente, realice lecturas a una y dos horas, coloque en acción el hidrómetro de la suspención 10 segundos antes del tiempo indicado. Al mismo tiempo determine la temperatura de la suspención, es importante introducir el hidrómetro en la suspención lentamente y con cuidado para evitar al mínimo de trastornos o posible rompimiento, después de cada lectura se recomienda, lavar el hidrómetro para facilitar la siguiente lectura. El hídrómetro está calibrado a una temperatura de 19.4 C°, por cada grado centígrado arriba de 19.4 grados deberá tomarse la lectura 0.36 divisiones, la lectura del hidrómetro a los 40 segundos corresponde a la suma de los porcentajes de limo y arcilla, dado que se supone que todas las arenas se han sedimentado en este periodo de tiempo, por consiguiente el porcentaje de arena presente en la muestra puede obtenerse restando la suma del porcentaje de limo mas arcilla mencionadas a 100 unidades, constituyendo el total de los tres componentes. La lectura de una hora de reposo corresponde a la suma de los porcentajes de partículas a un diámetro teórico menor de 5 micras que son las arcillas no coloidales y las arcillas de la lectura a dos horas corresponderán a las porciones. Es importante realizar esta última determinación, ya que dos suelos pueden tener el mismo porcentaje de arcilla totales de acuerdo a la lectura de una hora, pero pueden tener las propiedades físicas y químicas muy diferentes debido a que uno de ellos tiene mucho mayor cantidad de arcilla coloidal. La Estructura. Esta define el arreglo o acomodo de los diferentes tamaños de partículas (primarias o secundarias), la estructura es considerada una de las propiedades más importantes en la Relación Agúa - Suelo – Planta y Clima

35 debido a que determina la estabilidad de los agregados a traves de la labranza de la tierra y los sistemas de cultivo. Para comprender su importancia se puede observar por ejemplo que cuando los suelos se trabajan muy húmedos o muy secos, se les destruye la estructura afectando seriamente las características físicas del suelo como: la infiltración, aireación, capacidad de almacenamiento, distribución del espacio poroso y otras. Los suelos que se encuentran muy compactados o muy sueltos pueden ser mejorados con la incorporación de materia orgánica, por otro tanto, la estabilidad de los suelos es importante, ya que permite mejorar la formación y conservación de las propiedades estructurales, donde el agua juega el papel principal para poder obtenerla. El espacio poroso es definido por la estructura o depende de élla, para conocerlo es necesario determinar la Densidad aparente (Da) y la Densidad real (Dr) del suelo, una vez conocidas, la porosidad se determina con el siguiente modelo:

Da   P  1   x 100 Dr  

............................................................................... 9

P = Porosidad del suelo. Da = Densidad aparente gr/cm3 Dr = Densidad Real Las propiedades más significativas que debe tener una estructura son: 

Producir agregados estables que presenten resistencia a la acción del agua y el viento.



Determinar la reserva de agua que será utilizada por la planta.



Determina la facilidad de penetración del sistema radicular de los cultivos.



Actúar en la circulación y equilibrio en el suelo de aire y agua

Una vez que los suelos se han estabilizado, se define la estructura del suelo, la cual se clasifica de acuerdo a la forma y al tipo de agregados, dado lo anterios se tienen los siguientes tipos como se observan en la Figura 14.

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Figura 14. Tipos de Estructura.

Densidad del suelo La densidad del suelo se define a la relación que existe entre la masa y el volumen que lo contiene, basándose en esta definición la densidad de un suelo se clasifica en: Densidad aparente y Densidad real. Densidad Aparente. Este parametro es definido como la relación que existe entre el peso de suelo seco y el volumen total de suelo poroso, el volumen total considera a los factores (Va, Vp y Vs) que se indica en Cuadro 8. La densidad aparente de un suelo presenta valores entre 1.0 y 1.9 para suelos minerales y se expresa en grIcm3. De acuerdo a la definición, la densidad aparente se determina por el siguiente modelo:

Da 

Pss Ms o Vt Vt

............................................................................................... 10

Donde: Da = Densidad aparente grIcm3 Pss= Peso de suelo seco, gr. Vt = Volumen total cm3 Ms= Masa de sólidos gr.

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Cuadro 8. Composición de la Fase de Suelo. VOLUMEN Va Aire Vp Liquido Vs Solido

MASA Ma  0 Mw Ms

Densidad Real. La densidad real, se considera a la relación que existe entre el peso de suelo seco y el volumen real de los sólidos del suelo, su valor varia de 2.5 a 2.75 grIcm3 para los diferentes tipos de suelos, sin embargo, generalmente se considera un valor estimado de 2.65 gr/cm3. Tomando en cuenta la definición esta se determina por la ecuación:

D r

Pss Ms o V s Vs

.............................................................................................. 11

Donde: Dr =Densidad real gr/cm3 Vs = Volumen de sólidos grIcm3. Método para Determinar la Densidad Aparente Para determinar la densidad aparente de un suelo existen diferentes métodos, principalmente los que utilizan muestras inalteradas o alteradas, sin embargo, las formas más comunes que se han utilizado son:   

Método de campo Método de la parafina Método de las radiaciones gamma.

Método de Campo. En este método existen dos procedimientos para estimar la densidad aparente de un suelo, estos son: Método de las barrenas especiales y Método de cubicación. Método de las Barreras. Este método consiste en utilizar un cilindro de dimensiones conocidas, el equipo esta formado por dos anillos colocados en sus extremos, el objetivo de utilizar los anillos es el obtener muestras de suelo sin disturbar, ya que el suelo contenido dentro en ellos es desechado (superior e inferior) de la muestra debido a que puede estar modificada en su estructura, este equipo se muestra en la Figura 15.

38

Figura 15. Equipo de Barrenas Especiales Utilizadas para Determinar la Densidad Aparente. Para determinar la densidad aparente por este método, se inicia con el acondicionamiento y nivelacion del área seleccionada, enseguida la barrena y el cilindro se colocan sobre la superficie de suelo preparado, posteriormente el cilindro se golpea con un mazo en la parte superior para que penetre en el suelo, una vez que se introdujo en el perfil del suelo se escarba para recoger la muestra contenida en el cilindro, después es necesario eliminar el suelo contenido en los anillos, a la muestra obtenida del cilindro se le determina su peso de suelo seco, y en base a las dimensiones del cilindro se determina su volumen, conocidas estas dos variables se aplica el modelo siguiente:

Pss Vt

.............................................................................................. 11

Vt =  r2 h

……………………………………………………………... 12

D a

Donde: Pss = Peso de suelo seco gr. Vt = Volumen total cm3 r = Radio del cilindro cm h = Altura del cilindro cm Una forma de ejemplificar la metodología para en determinar la densidad aparente por el método del cilindro considere que se realizo una prueba con un cilindro de 5 cm de diámetro, y con una altura de 17 cm, el peso de suelo seco de la muestra del cilindro fue de 396.1 gr. ¿Determine la densidad aparente del suelo? Pss = 396.1 gr h = 17 cm D = 5 cm

39

D a

Pss Vt

Vt =  r2 h Vt = 3.1416 x (2.52)2 x 17 Vt = 333.79 cm3

D a

396.1 333.79

Da = 1.19 gr/cm3 Método de Cubicación. Este método consiste en realizar en el suelo una excavación en forma de cubo con dimensiones conocidas, se recomienda medidas de 10 x 10 x 15 cm, Figura 16, pero se puede dar cualquier otra dimensión del cubo que sea manejable dentro de la superficie del terreno. El suelo recolectado del cubo es colocado en una bolsa de plástico, una vez formado el cuadro se cubren las paredes con hule para impermeabilizar el área de infiltración, enseguida se llena el cubo de agua hasta el limite de la superficie del suelo teniendo mucho cuidado de medir el volumen de agua aplicado. Después se toma una porcion de suelo que sea representativa, a esta muestra se le determina su contenido de humedad, para ello es necesario determinar el peso de suelo húmedo y seco para poder aplicar las ecuaciones de humedad finalmente para conocer la densidad aparente se relaciona la cantidad total de suelo seco colectado y el volumen total de agua aplicado Para ejemplificar el procedimiento para determinar la densidad aparente de un suelo, supongamos que se realizo una excavación donde se formo un cuadro de 10 x 10 x 15 cm bajo la superficie de suelo, de este cuadro se recolectaron 11,500 gr. de suelo húmedo, al cubo formado se le aplico un volumen de agua de 8,450 cm3, del total del suelo recolectado (11,500 gr) se obtuvo una pequeña muestra que dio un peso de suelo húmedo de 210 gr, enseguida esta muestra fue secada en la estufa por 24 hrs, después de este tiempo y una vez colocada en la balanza dio un peso de suelo seco de 180 gr ¿Cual será la densidad aparente del suelo? Peso de suelo húmedo total = 11500 gr. Volumen total de agua aplicado = 8450 cm3 Peso de suelo húmedo de la muestra =210gr. Peso de suelo seco de la muestra = 180 gr.

40

Pw 

Psh  Pss x 100 Pss

Pw 

120  180 x 100 180

..................................................................................... 14

Pw = 16.67 %

Figura 16. Metodo de cubicación para Determinar la densidad aparente. Si consideramos que:

Psst 

Psh t x 100 100  Pw

Psst 

11500 x 100 100  16.67

Da 

Psst x 100 Vt

Psst= 9856.86 grs

Da 

9856.86 x 100 8450 gr / cm 3 Pw

Da = 1.17 gr/cm3

....................................................................................... 15

41

Figura 17. Metodo de la parafina para determinar la densidad aparente. Metodo de la parafina. Para poder concer la densidad aparente del suelo por este método se selecciona un pedazo de terrón y se le determina su peso de suelo seco, enseguida se impermeabiliza con parafina o petroleo para evitar que el terron absorba humedad. Posteriormente el terron se sumerge en una probeta graduada que contiene agua con un volumen conocido, cuando se sumerge y debido a la masa del terrón ocasiona que en la probeta se desplace un volumen real provocado por el terrón y la parafina, como se muestra en la Figura 17. Una vez realizado lo anterior la densidad aparente se obtiene aplicando el siguiente modelo:

Da 

( Pst ) ( p) ( p) V(t  p )  Ps (t  p )  Pst

......................................................................... 16

Donde: Da = Densidad aparente, gr/cm3 Pst = Peso seco del terrón gr.  p= Densidad de la parafina gr/cm3 V(t + p) = Volumen que desplaza el terrón y la parafina, cm 3 Ps (t + p) = Peso seco del terrón y la parafina gr Método de Radiaciones Gamma. Para determinar la densidad aparente de un suelo por este método se requiere de un equipo especial denominado dispersor de neutrones, este equipo emite una serie de neutrones acelerados que al entrar en contacto con las partículas humedas de suelo rebotan y regresan para ser detectados en un contador, esta lectura se coloca en la curva de calibración proporcionada por el fabricante donde se obtiene el valor de la densidad aparente.

42 PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS SUELOS Las principales propiedades químicas que se consideran de los suelos estan formados por el pH, capacidad de intercambio cationico y la salinidad del suelo. El pH del suelo, Este factor definido como potencial hidrógeno, es importante debido a que el suelo mantiene una marcada influencia sobre la capacidad de las plantas para absorber los nutientes, afectando la solubilidad y disponibilidad, la reaccion es acida si el (pH < 7.0) o alcalina si el (pH > 7.0). Capacidad de intercambio cationico. Este parámetro es considerado como una medida de la capacidad que tiene el suelo para retener cationes en forma intercambiable para que las plantas los absorvan, para entender este fenómeno es necesario saber que cuando las sales minerales se mezclan con el agua se disocian en cargas electricas llamados iones (cationes + y aniones -) que son los responsables del intercambio de elementos del suelo. Salinidad del suelo. El peligro que representan las sales contenidas en el suelo es importante ya que los problemas que se presentan en las plantas cuando se sobrepasan los limites máximos permisibles son efectos osmoticos y matricos, el primero dificulta la absorción del agua por las plantas debido a la presencia de un bloqueo y el métrico provoca problemas de toxicidad en las plantas ocacionando su muerte. CLASES DE AGUA EN EL SUELO. Cuando se lleva a cabo la aplicación de agua de riego a un campo de cultivo, ésta pasa por diferentes etapas en la matriz del suelo ya que estan en función del tiempo, el agua o humedad del suelo se clasifica en cuatro grupos principales, estos son; Gravitacional, Capilar, Higroscópica y en forma de vapor Agua Gravitacional. Esta forma de agua es llamada también agua de saturación, se encuentra contenida en todo el espacio poroso y se presenta después de efectuar un riego pesado o por la presencia de una lluvia intensa, ademas se caracteriza por permanecer durante un tiempo relativamente corto, bajo éstas condiciones se dice que el suelo está saturado, debido a que todo o casi todo el aire que se encuentra en el suelo ha sido desplazado por el agua, el movimiento de agua es en el sentido descendente por acción de la fuerza de gravedad, ésta fase no es deseada ya que afecta el desarrollo de cultivos por el exceso de agua y falta de aireación. Agua Capilar. Esta agua se presenta en el suelo después de que el exceso de agua aplicado en un riego se ha drenado por efecto de la gravedad, cuando ocurre ese momento se dice que el suelo ha llegado a la Capacidad de Campo (CC), que se considera a la máxima cantidad de agua que un suelo puede retener en contra de la fuerza de la gravedad; la retención de humedad, se debe a la presencia de fuerzas dentro del suelo.

43 El movimiento del agua es ascendente debido a una diferncia entre gradientes de presión a través de los espacios capilares del suelo, durante esta situación, el agua en el suelo ocupa los espacios formados por los microporos y el aire se encuentra contenido en los macroporos, es decir el agua se adhiere en forma de pequeñas laminillas alrededor de las partículas y entre ellas. En los suelos arcillosos la separación entre partículas tienen un radio de accion más pequeño, por lo que las fuerzas de capilaridad son de mayor intensidad que en los suelos arenosos, por lo tanto, desde el punto de vista agrícola, ésta agua es la más importante, debido a que de ella se abastece la planta para satisfacer sus necesidades hídricas durante todo su ciclo de cultivo. Agua Higroscópica. Este tipo de agua se presenta cuando un suelo ha perdido humedad hasta secarse por consecuencia del consuma de agua por las plantas y por aquella perdida ocurrida directamente del suelo (evapotranspiración), el agua higroscópica se caracteriza por adherirse fuertemente en forma de una pequeña película alrededor de las particulas del suelo, es muy fina ocacionando que no presente continuidad entre partículas, por lo tanto, la magnitud de la fuerza con que se adhiere es mucho mayor. El agua giroscópica no es útil para las plantas tradicionales de cultivo, porque se encuentra retenida a grandes fuerzas o tensiones que el sistema radicular no puede vencer y puede observarse cuando un suelo es secado al aire. Agua en Forma de Vapor. Esta agua se encuentra en la atmósfera interna del suelo, su movimiento se realiza por medio de una diferencia de gradientes de presión de vapor, esto quiere decir que la humedad se mueve de puntos de mayor a puntos de menor humedad relativa, en la figura 18, se muestra las clases de agua en el suelo.

Figura 18. Clasificación del Agua en el Suelo.

44 Fuerzas que Retienen el Agua en el Suelo. Después que se realiza la aplicación del agua de riego y una vez concluido, esta se encuentra sometida a una serie de fuerzas dentro del suelo, estas son; las Mátricas, Osmóticas y Gravitacionales Fuerzas Mátricas. Estas fuerzas son el componente principal del potencial hídrico total, su presencia se atribuye a la atracción que la fase del suelo ejerce sobre el agua, por lo tanto, se dice que el suelo actúa como una matriz donde el agua es sometida a la accion de las fuerzas de tensión superficial y de adsorción, que son producidas por la adhesión y la cohesión. Tensión Superficial. Debido a esta fuerza ocurre el fenómeno de la capilaridad, donde el agua contenida en el microporo o capilar se mueve de un punto a otro debido a la fuerza la presencia de ella.

Figura 19. Molécula de Agua. Fuerza de adhesión. Cuando un suelo se humedece las partículas relativamente secas absorben y retienen agua en forma de pequeñas laminillas alrededor de sí mismas, esto se debe a que se establece un campo eléctrico produciéndo por las fuerzas de adhesión entre las partículas de suelo y el agua (Figura19). Su origen se debe a que las particulas de suelo estan cargadas electricamente y por otro lado, el agua en su molecula presenta dos polos electricos diferentes, esto ocasiona que los polos opuestos entre la molecula de agua y la particula sean atraidos, ademas se observa que las articulas del suelo y del agua se unan por la atraccion entre sus polos opuestos, esto se denomina adhesion Otra fuerza que provoca que el agua sea retenida en el suelo es la cohesión, esta se presenta por la atracción que existe entre moléculas de agua debido a la presencia de dos polos opuestos en la misma molécula, la unión de dos moléculas mediante polos opuestos establece el puente de hidrogeno, y a la unión de dos moléculas de agua por medio de un puente de hidrogeno se le llama cohesión.

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Fuerzas Osmóticas. Dentro del perfil no solo existen agua y suelo sino que ademas esta compuesta por una cantidad importante de elementos químicos e iones, algunos de ellos solubles que se encuentran en la solución del suelo (diluidos en el agua) y otros insolubles que se encuentran absorbidos en las partículas de suelo. La presencia de sales solubles provocan que se desarrollen las fuerzas osmóticas, y a medida que se incrementa su concentración ocasionan que la transferencia de agua de un lugar a otro sea más difícil. Fuerzas Gravitacionales. El agua del suelo como cualquier otro objeto esta sujeto a la acción de la gravedad, dentro del suelo cuando ésta fuerza se produce ocaciona que el agua sea transportada hacia los estratos inferiores del perfil del suelo. Las fuerzas gravitacionales son importantes solo cuando se trata del agua gravitacional ya que se considera insignificante en las otras formas de agua en el suelo, existen otro tipo de fuerzas producidas por la temperatura y la presión, pero seran analizadas desde otro punto de vista ya que para este caso no tienen importancia en la relación que existe entre el agua y el suelo. Relación entre Tensión y Humedad del Suelo. La relación que existe entre estos dos términos nos permite medir la magnitud con que el agua es retenida en el suelo por las distintas fuerzas, y la humedad contenida en el suelo, la tensión de humedad se presenta cuando el suelo se ha equilibrado, es decir el suelo llega a la Capacidad de Campo o bien el agua gravitacional a cesado. La curva característica de humedad que relaciona estos parámetros se obtiene por diferentes métodos, pero se utiliza mas el de las ollas de presión, éste método consiste en aplicar aire a presión a muestras de suelo saturadas, al aplicar el aire este desaloja el agua contenida en del suelo logrando un equilibrio entre la tensión aplicada y el contenido de humedad. Para elaborar la curva característica de humedad, sé gráfica en papel milimetrico un eje de coordenadas, donde los valores de tensión y contenido de humedad se colocan en las “X” y “Y” respectivamente (Figura 20). Al procesar los datos obtenidos mediante una regresión lineal puede obtenerse la ecuación de la curva característica de humedad quedando definida como se indica a continuacion.

T  A Pw B

............................................................................................... 17

Donde: T = Tensión en bars. Pw = Contenido de humedad. A, B = Constantes de la regresión lineal.

46

Figura 20. Curva Característica de Humedad. El contenido de humedad es un termino general que se utiliza para expresar la cantidad de agua existente en un suelo, algunos de los componentes relacionados con el contenido de humedad son: Contenido de Humedad Gravimético. Este termino considera a la masa de agua incluida en el suelo, dividida por su peso seco, se expresa en porcentaje, y se determina aplicando el modelo siguiente.

Pw 

Psh  Pss x 100 Pss

............................................................................... 18

Donde: Pw = Contenido de humedad con base a peso seco. Psh = Peso de suelo húmedo gr. Pss = Peso de suelo seco gr Contenido de Humedad Volumétrico. Para expresar el contenido de humedad en base volumétrica, se considera al volumen de agua contenida en una unidad de suelo, se expresa en porcentaje, y sus unidades son volumen de agua entre volumen de suelo (cm3 de agua/cm3 de suelo), para conocerlo se aplica el modelo siguiente.

47

Pv = Pw x Da

..................................................................................... 19

Donde: Pv = Contenido de humedad sobre la base de volumen. Da = Densidad aparente gr/cm3 PARÁMETROS DE HUMEDAD DEL SUELO. Las principales características de campo que se utilizan para conocer las variables mas importantes cuando se hace la aplicación del agua para riego se encuentran los parámetros de humedad, estos son; Capacidad de Campo, Punto de Marchites Permanenten y Densidad Aparente. Capacidad de Campo. Este parámetro considera a la máxima cantidad de agua que un suelo puede retener en contra de la fuerza de la gravedad, este factor expresa el contenido de humedad con base a peso seco que posee un suelo, después que el movimiento gravitacional ha cesado libremente, se estima que se presenta después de 24 a 48 hr de efectuar un riego pesado o ha ocurrido una lluvia intensa, esta condicion depende de la textura, estructura, componentes del suelo y otros. MÉTODOS PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE CAMPO. Existen diversos métodos para determinar este parámetro, sin embargo, es importante utilizar aquel metodo que mejor se ajuste a las condiciones locales de cada region, y a la disponibilidad del equipo, basándose en estas condiciones los metodos se clasifican en; Método de campo, Método de las ollas de presión o succión a 1/3 de atmósfera y Metodo equivalente de humedad.

Figura 21. Determinación de la Capacidad de Campo por el Método de campo

48 Método de Campo. Este método consiste en formar en el área de cultivo un cuadro de aproximadamente un metro por un metro, una vez construido se satura completamente de agua y se cubre con plástico, lonas, hierbas o cualquier otro objeto que evite la evaporación, posteriormente y después de 24 a 48 hr de aplicar el agua se muestrea a diferentes profundidades definidas del suelo, enseguida se tapan los hoyos formados al tomar las muestras (Figura 21).

Figura 22. Representación Gráfica de los Datos de Campo para Determinar la Capacidad de Campo. Una vez colectadas las muestras de suelo en campo, estas se llevan al laboratorio para obtener su peso de suelo húmedo, enseguida se pasan a la estufa colocando a una temperatura de 105ºC durante 24 horas, transcurrido este tiempo se saca la muestra y se le detrmina su peso de suelo seco. Obtenidos los valores de peso de suelo húmedo y de suelo seco se determina su contenido de humedad mediante la ecuación 18, expresándolo en porcentaje, después de realizar diversos muestreos se observa que el valor del contenido de humedad se hace constante o tiende a serio a través del tiempo, en ese momento se dice que el suelo llegó a Capacidad de Campo. Método de las ollas de presión o Succión a un 1/3 de Atmósfera. Este método consiste en someter muestras de suelo saturado a una presión o succión de un tercio de atmósfera, el contenido de humedad que queda en la muestra después de aplicar esta presion sera el equivalente a la capacidad de campo, otra forma de determinar éste parámetro es a traves de la curva característica de humedad o si se dispone del modelo de regresión lineal que represente los datos de la curva, en este modelo al sustituir el valor de 0.3 Bar se determina el contenido de humedad que seria el valor de la capacidad de campo, como se indica a continuación:

49

1

 0.3  B Pw     A 

..................................................................................................... 20

Donde: A y B = Constante de regresion

Figura 23. Método de las Ollas de Presión para Determinar la Capacidad de Campo El procedimiento que se sigue en este método es recolectar el suelo en el área de cultivo donde se quiere conocer la capacidad de campo, obtenida la muestra es molida y tamizada en el laboratorio, después se toman pequeñas muestras de suelo para colocarlas dentro de unos anillos de hule instalados en los platos de cerámica porosa, las muestras se saturan y se deján reposar 18 hr, pasado ese tiempo se retira el exceso de agua con una pipeta, por ultimo las muestras se colocan en la olla de presión, se tapan y se les aplican una presión de 1/3 de atmósfera durante un tiempo de 24 o 48 hr. Debido a la presión aplicada, esta empieza a drenar libremente el agua, al ocurrir esto es necesario almacenar el agua drenada en una probeta graduada, cuando la olla deja de drenar se considera que el suelo se ha estabilizado alcanzado un contenido de humedad equivalente a la Capacidad de Campo (Figura 23). Finalmente para conocer el valor de la Capacidad de Campo se procede a sacar las muestras de suelo húmedo, se colocan en botes, se tapan y se pesan, enseguida se secan las muestras en estufa a una temperatura constante de 105º C a 110º C por un tiempo de 24 hr, después de este tiempo se sacan y se pesan, con los datos de peso de suelo húmedo y seco se determina el valor de la capacidad de campo expresándolo en porcentaje de agua, con base a suelo seco.

50 Metodo del equivalente de Humedad. Este método se basa en someter muestras de suelo saturado a una fuerza centrifuga equivalente a 1000 veces la gravedad, la humedad que queda en el suelo después de aplicar esta fuerza centrifuga se considera el valor de la Capacidad de Campo. Después de aplicar la fuerza la muestra se pesa, enseguida se pasa a la estufa a una temperatura constante de 105 a 110º C durante 24 hr, después se pesa nuevamente para a determinar el peso de suelo seco, por ultimo con los datos obtenidos se procede a determinar su contenido de humedad (%) con base a peso de suelo seco, este valor equivale a la capacidad de campo. Punto de Marchitez Permanente. Este parámetro define al contenido de humedad con base a peso de suelo seco que queda en un suelo después que las plantas se marchitan y son incapaces de recuperarse en una atmósfera saturada de humedad, generalmente se expresa en porcentaje. MÉTODO PARA DETERMINAR EL PUNTO DE MARCHITEZ PERMANENTE. Actualmente existen varios métodos para estimar este parámetro, sin embargo, desde el punto de vista practico solo se utilizan aquellos que mejor se adaptan a las condiciones locales de cada lugar, y al equipo que se dispoga, basándose en estas caracteristicas los metodos se clasifican en; Metodo del coeficiente de marchitez, Método de las plantas indicadoras y Método de las ollas de presión. Método de las Plantas Indicadoras. El método consiste en colocar una serie de botes o macetas con 400 a 600 gr de suelo (Figura 24) representativo del lugar donde se quiere conocer el punto de marchitez permanente, en cada bote se siembran de 2 o 3 semillas de girasol enano o tomate, se riegan de acuerdo a sus necesidades hasta que presente de 4 o 6 hojas, regandose por ultima vez, cuando la planta siente la necesidad de agua empieza a marchitarse; al ocurrir este proceso se someten a una atmósfera saturada de humedad que se forma al cubrir con plástico el bote, si las plantas no recuperan su turgencia, se dice que el suelo ha llegado al Punto de Marchitez Permanente.

51 Figura 24. Método de las Plantas Indicadoras para Determinar el Punto de Marchitez Permanente. Si la planta recupera su turgencia, se repete el mismo procedimiento hasta que se marchite, si no recupera su turgencia, se toma una muestra para determinar el valor equivalente al punto de marchitez, el valor del porcentaje de humedad que presente la muestra en base a peso de suelo seco sera el punto de marchitez permanente. Al determinar este parámetro por el método de las plantas indicadoras se tienen que considerar dos aspectos importantes, estos son; 1.- Este procedimiento se debe realizar con 3 o 4 repeticiones para cada suelo. 2.- El punto de marchitez permanente que tenga el suelo será el promedio de las repeticiones eliminando las que se desvíen en forma considerable. Método de las Ollas de Presión o Succión a 15 Atmósferas. Para determinar este parámetro por medio de las ollas de presion, utilice el mismo procedimiento utilizado para la Capacidad de Campo, la diferencia consiste en cambiar el tipo de plato de cerámica porosa y la presión siendo ésta de 15 atmósferas, el contenido de humedad que queda en el suelo después de aplicar la presión y ser secadas en estufa se considera el valor del Punto de Marchitez Permanente. El contenido de humedad equivalente al punto de marchitez permanente puede ser obtenido utilizando la diferencia de pesos húmedo y seco, o bien empleando la ecuación 21 obtenida por regresión lineal de la curva característica de la humedad, para lo cual se sustituye el valor de 15 en el siguiente modelo: Pw = (15/A)1/B

………………………………………………… 21

Método del Coeficiente de Marchitez. Este método tiene una mayor precisión en suelos de textura ligera, para conocerlo se divide el equivalente de humedad obtenido al aplicar la fuerza centrífuga para conocer la Capacidad de Campo, entre el factor de 1.84, ademas proporciona cierta precisión al dividir el mismo equivalente de humedad entre por el factor de 2.0 para suelos pesados y 2.1 para suelos medios. MEDICIÓN DE LA HUMEDAD DEL SUELO La respuesta de las plantas a los diferentes niveles de humedad del suelo parecen correlacionarse estrechamente con el esfuerzo que la planta realiza para absorber el agua del suelo, por tal motivo las relaciones de energía del suelo son de mayor aplicación cuando el interés se centra en la respuesta del cultivo a diferentes regímenes de humedad. Por otro lado, durante la aplicación del agua de riego el estado energético del agua en el suelo indica el momento de la aplicación, dado esta situación se tiene que:

52 Los objetivos más importantes que se consideran para efectuar la medición de la humedad del suelo son: 

Determinar del contenido de humedad y expresárlo como la cantidad de agua por unidad de volumen o por unidad de masa del suelo.



Determinar la fuerza de trabajo necesario para remover una unidad de agua retenida por el suelo con cierta magnitud. MÉTODOS PARA MEDIR LA HUMEDAD DEL SUELO

Para medir la humedad de un suelo se utilizan diferentes métodos, estos permiten estimar o determinar el contenido de humedad en un momento determinado, en general basándose en su metodología, estos se clasifica en; Métodos directos y Métodos indirectos Métodos Directos. Este metodo directo de determinación gravimétrica, es una de las formas mas sencillas y a la mas utilizda para determinar el contenido de humedad de un suelo ya que el equipo es fácil de obtener y de bajo costo. El método se basa en llevar a cabo la toma de muestras de suelo a diferentes profundidades establecidas donde se desea identificar el contenido de humedad que existe en momento del muestreo, las muestras se obtienen mediante barrenas y son colocadas en botes de aluminio que cierren herméticamente, después se transladan a laboratorio para conocer el peso de suelo húmedo, enseguida la muestra se coloca en una estufa durante 24 hrs a una temperatura de 105 a 110°C, pasdo ese tiempo se vuelve a pesar para obtener el peso del suelo seco. Para determinar el contenido de humedad, es necesario dividir la diferencia de peso de suelo húmedo y seco entre el peso de suelo seco, este contenido de humedad se multiplica por cien para expresalo en porcentaje de suelo seco o en base a volumen mediante las siguientes ecuaciones.

Pw 

Psh  Pss Pa x 100 o Pw  x 100 Pss Pss

................................................................... 22

Donde: Pw = Contenido de humedad en base a peso de suelo seco (%) Pss = Peso de suelo seco gr Psh = Peso de suelo húmedo gr Pa = Peso de agua gr o bien por:

53

Pv  Da x Pw o Pw 

Va x 100 Vt

...................................................................... 23

Donde: Pv = Contenido de humedad en base a volumen Da = Densidad aparente gr/cm3 Va = Volumen de agua Vt = Volumen total Métodos Indirectos. Otra forma de identificar el nivel de humedad de un suelo es a traves de equipos más completos que se han venido desarrollado en las últimas décadas, estos equipos se caracterizan por su rapidez y alto grado de precisión, algunos de estos son; los Tensiómetros, Bloques de Resistencia Eléctrica, Dispersor de Neutrones y otros Método de Tensiómetro. Este equipo se caracteriza por medir directamente la tensión de humedad del suelo, el tensiometro consiste de un tubo de plástico que en su extremo inferior tiene una cápsula de cerámica porosa, en la parte superior se encuentra abierto para abastecerlo de agua y por un lado del tubo se tiene instalado un vacuómetro para medir la tensión (Figura 25).

Figura 25. Equipo para Determinar el Contenido de Humedad de un Suelo en centi Bar (Tensiometro) Antes de instalar los tensiómetros en el area de cultivo es necesario prepararlos y checar su funcionamiento, para ello es necesario destapar su parte superior, enseguida se llena totalmente la columna de agua, al llevar a cabo esta acción se debe desalojar por completo el aire contenido en la columna del equipo, esto es comun ya que cuando se preparan se forman burbujas de aire en su interior por lo que es necesario eliminarlo mediante una bomba de succión para evitar errores en la toma de lecturas.

54

Figura 26. Insatalacion del tensiometro para determinar la tension de humedad del suelo. Una vez preparado se recomienda mantener la capsula de cerámica porosa en un recipiente de agua para mantener el equilibrio y evitar que la columnase vacie, es importante observar que cuando el tensiómetro quede preparado la cápsula debe estar saturada y el vacuómetro del tensiómetro debe marcar cero, al momento de ser instalado el tensiómetro en el suelo a la profundidad que se desea conocer el contenido de humedad este debe marcar cero si el suelo se encuentra saturado. Después cuando el suelo pierde humedad, el tensiómetro empieza a transmitir agua a través de la cápsula porosa al suelo hasta ponerse en equilibrio con la humedad, al continuar perdiéndo agua el tensiometro forma un vacío en el tubo el cual provoca que el vacuometro empiece a funcionar, la lectura que se registre corresponderá a la tensión de humedad del suelo que tiene en ese momento, y será equivalente al contenido de humedad en el suelo. El Tensiómetro esta diseñado para trabajar hasta un bar de presión, pero se considera confiable hasta 0.8 bar, basándose en estas características mide solamente perdidas muy pequeñas de humedad, asi mismo es importante señalar que este equipo no proporciona en forma directa el contenido de humedad, por lo que deben utilizarse las curvas características de humedad determinadas para cada suelo, de esta forma se puede conocer el contenido de humedad. En la figura 26 se muestran sus componentes, la forma y el lugar de instalación, por otro lado, en la figura 20, se indican la curvas características de humedad de diferentes tipos de suelo.

55 Método de la Resistencia Eléctrica. El principio de funcionamiento del metodo se basa en la propiedad de conductividad eléctrica del agua, la conductividad esta en función del contenido de humedad, para medirla se utilizan los bloques de resistencia eléctrica fabricados con un material poroso, los bloquez en su interior contienen un par de electrodos que provocan la conductividad eléctrica, estos electrodos estan conectados a un medidor de resistencia que se encarga de proporcionar la lectura, este equipo se muestra en la figura 27.

Figura 27. Medidor de resistencia electrica

Figura 28. Curva de Calibración que Relaciona la Resistencia Eléctrica El contenido de humedad que tiene el suelo al momento del muestreo, se relaciona con la magnitud de la resistencia provocada por el material poroso en los electrodos, el contenido de humedad del suelo se estima de las mediciones de la resistencia observada.

56

Una diferencia importante de este metodo con respecto a los tensiómetros, es que los bloquez tienen un rango de operación mucho mas amplio alcanzando valores del potencial hídrico de 0.3 a 20 bar, dependiendo del tipo de unidades utilizadas, por esta razón es utilizado en una gran variedad de texturas de suelos. Estos equipos se emplean en la mayoria de los métodos de riego, pero presentan el inconveniente de que se destruyen muy fácilmente o son muy sensibles a la concentración de sales del suelo, sin embargo, este problema ya ha sido superado utilizando bloques fabricados con electrodos de acero inoxidable. Este es un de los métodos mas rápidos, no destructivo, permite realizar varias lecturas en los puntos de observación en tiempo y espacio, por esto el método es muy utilizado en la actualidad, los bloques de resistencia electrica son elaborados de yeso, nylon, fibra de vidrio o una combinación de estos materiales. El principio de funcionamiento se basa en medir la resistencia que presenta el suelo al flujo del agua, esto se obtiene cuando se coloca el bloque en el suelo y al entrar en contacto con las partículas de suelo y dado que el nivel de humedad tiende a moverse de un punto a otro, el potencial hídrico en el bloque se equilibra con el potencial hídrico del suelo es decir: s = p

........................................................................ 24

Donde: s = Potencial hídrico del suelo. p = Potencial hídrico del bloque El potencial hídrico del bloque depende del nivel de humedad que exista en el suelo, por lo tanto, si la relación entre el contenido de humedad y el potencial hídrico del bloque se conoce, entonces al estar el potencial hídrico de bloque y el suelo en equilibrio se esta en posibilidad de estimar el contenido de humedad a partir de una serie de observaciones de campo que pueden ser comparadas con mediciones del contenido de humedad en forma gravimétrica. Antes de realizar la toma de lectura en el campo, es necesario calibrar el equipo en laboratorio, para ello se coloca en un bote una muestra de suelo representativo del lugar donde se instalaran los bloques, después se instala el bloque en el suelo a la profundidad deseada. Una vez instalado el bloque se satura con agua, enseguida se inicia la toma de datos de resistencia electrtica en forma periódica relacionándolo con el contenido de humedad, con estas dos variables se elabora en papel milimétrico un eje de coordenadas colocando en eje de las "Y" los valores de la resistencia y en el eje de las "X" el contenido de humedad, al unir los puntos en cada uno de los datos se elabora la curva de calibración.

57 Esta curva señala que a mayor contenido de humedad menor es la resistencia eléctrica (figura 28), asi mismo al realizar una regresión linal a los datos obtenidos se tiene la siguiente ecuación: R = A (Pw)B

........................................................................................ 25

Donde: R = Resistencia eléctrica, ohms Pw = Contenido de humedad, % A, B = Constantes de la regresión. Método del Dispersor de Neutrones. Este método tiene como principio en que el peso atomico de los neutrones emitidos por el dispersor son muy semejante al peso molecular del hidrógeno, basándose en este principio, el método consiste en emitir neutrones de alta energía y de alta velocidad que son enviadas por una fuente de material radiactivo.

Figura 29. Dispersor de Neutrones.

58 Los neutrones emitidos por la fuente radioactiva al entrar en contacto con el agua y las partículas de suelo sufren colisiones, al chocar con las partículas atómicas de masa similar a la suya pierden rápidamente velocidad hasta que su movimiento se equilibra o presenta la misma velocidad que el de las partículas, cuando ocurre este proceso los neutrones emitidos regresan en forma lenta para ser registrados en un contador, los neutrones que pierden energía se les denomina termalizados. De acuerdo a al principio de funcionamiento, es mas favorable que en el suelo existen pocos elementos que sean efectivos en la termalización de neutrones, uno de estos elementos es el hidrógeno ya que tiene la misma masa que un neutrón y se presenta en grandes cantidades como componente del agua, por lo tanto, cuando mayor es el contenido de humedad del suelo, mayor es el número de neutrones lentos que son registrados.

Figura 30. Instalación del Dispersor de Neutrones.

59 Un dispersor de neutrones (figura 29), está constituido por una sonda con una fuente radioactiva de neutrones de alta energía y un detector de neutrones de flujo termalizado, para utilizar el dispersor de neutrones primero se debe checar su funcionamiento y realizar su calibración respectiva, la calibración se obtiene al momento de gráficar en un eje de coordenadas (X, Y), el contenido de humedad en base a peso seco de los datos obtenidos de campo con respecto al registro de neutrones detectados en ese momento. Para realizar la calibración del dispersor es necesario preparar un cuadro en el area donde se colocaran de dos a cuatro tubos de acceso (Figura 30), una vez construido el cuadro se aplica agua hasta saturarlo por completo, una vez que el suelo se ha estabilizado se inicia la determinación del contenido de humedad en forma gravimétrico, en este momento se toma la lectura con el dispersor para conocer el conteo de neutrones emitidos, este proceso se continua durante 3 o 4 semanas; posteriormente con toda la información obtenida de campo se obtiene la gráfica de calibración, con esta misma información de los datos obtenidos se les aplica una regresión lineal para obtener la ecuación que permita conocer el contenido de humadad, en algunas ocasiones esta ecuación es proporcionada por el fabricante: NC = A(Pw)B

……………………………………………………………… 26

Donde: NC = Número de conteo emitido Pw = Contenido de humedad. A, B = Constantes de regresion La medicion del contenido de humedad es completamente empírica, por lo tanto, el grado de precisión de los datos obtenidos dependerá la exactitud con que se elabore la curva de calibración ya que se tendra una adecuada relacion entre la intensidad del flujo de neutrones y el contenido de humedad.

MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO. En diversos estudios se ha demostrado que el agua en el suelo presenta un movimiento radial, pero en general se mueve de mayores a menores puntos de energía, de acuerdo a esta situación el estado energético del agua en el suelo se representa mejor por el potencial hídrico considerada su capacidad de trabajo. Por regla basica, se acepta que a mayor contenido de humedad mayor es el potencial hídrico (),en el suelo, ademas cuando la concentración de sales en el suelo es menor, mayor es el potencial hídrico; pero debido a que las fuerzas matricas y osmóticas le restan capacidad de trabajo, ocacionan que valores del potencial del agua sean negativos, esto induce a que la planta realice un mayor esfuerzo para tomar el agua, lo anterior explica porque el potencial hídrico del agua pura es cero.

60

El movimiento del agua en la fase de suelo, presenta dos casos específicos, estos son; Movimiento del Agua en Suelos Saturados y Movimiento del Agua en Suelos No Saturados. Movimiento del Agua en Suelos Saturados. El movimiento del agua en este tipo de suelos se debe a la presencia de dos fuerzas que constituyen el movimiento del agua en el suelo, una de las fuerzas proviene de una diferencia de presión del agua (hidrostática) que existe entre los extremos de una columna, y la otra es la fuerza provocada por la acción de la gravedad. La carga por presión del agua a la entrada de una columna de suelo, es igual a la altura "h" o distancia que existe desde el nivel superior del agua colocada en un deposito hasta el punto de referencia (entrada), en la salida de la columna de suelo sera es igual a cero simpre y cuando no tenga conectado en ese punto un recipiente que abastesca agua con una altura determinada. La carga por posición se considera a la altura o distancia del extremo de entrada de la columna hasta un plano o nivel de referencia colocado arbitrariamente, ademas se debe medir la altura en el extremo de salida de la columna de suelo sobre el mismo plano de referencia. A la suma de las cargas (presión y gravedad) se les considera la carga total, estas cargas se observan en la Figura 31.

Figura 31. Representación Gráfica de la Carga por Presión y la Carga por Posición con Respecto al nivel de Referencia

61 La altura o elevación con respecto al plano de referencia no es muy importante ya que ser ubicado en cualquier lugar que se considere el más conveniente, arriba, abajo, en la elevación de la entrada o salida, en la mayoría de las condiciones de campo, la dirección del flujo no es conocida, por lo que dentro del perfil del suelo el agua puede moverse en forma vertical o horizontal debido a la presencia de ciertos factores como la evaporación, las condiciones de desarrollo de los cultivos o al drenaje ocurrido simultáneamente a diferentes profundidades, basándose en este análisis el flujo de agua en el suelo puede ser ascendente (+) o descendente (-). El movimiento del agua en suelos saturados permanece constante y su velocidad de desplazamiento depende de varios factores, entre los principales esta la fuerza impulsora de la gravedad y de las caracteristicas fisicas del suelo, como la permeabilidad, que define la facilidad que presenta un suelo para conducir o transmitir liquidos, y que depende del tamaño y forma del espacio poroso. Por lo tanto, la velocidad de movimiento del agua es directamente proporcional al gradiente de presion e inversamente proporional a la distancia entre dos puntos de un sistema. A la constante de proporcionalidad se le denomina conductividad hidraulica (K), y en esta constante se basa el enunciado de la ley de Darcy, el cual indica que: Q= A x V

........................................................................................... 27

Donde: Q = Gasto en cm3/hora A = Area transversal de la seccion en cm2 V = Velocidad del fluido en cm/hora La velocidad del fluido es igual a: V=Kxi

…….………………………………………………………….. 28

Donde: K = Conductividad hidraulica i = Gradiente hidraulico El gradiente hidraulico es igual a: i

 h H1  H 2  L L

Donde:

.................................................................................................. 29

62 h = Diferencia de carga entre dos puntos L = Distancia entre dos puntos H1 = Suma de cargas en el punto uno H2 = Suma de cargas en el punto dos La carga hidráulica es igual a: H=h+z

…………………………………………………………….. 30

Donde: h = Carga por presión z = Carga por posición con respecto al plano o nivel de referencia. Por lo tanto el gasto sera igual a: Q=AKi

............................................................................................... 31

Determinación de la Conductividad Hidráulica de un Suelo. La teoría de analisis que se presenta tiene una amplia aplicación practica ya que es uno de los métodos que mas se utilizan para determinar la permeabilidad o conductividad hidráulica de un suelo, este es un método de laboratorio que consiste básicamente en emplear los permeametros de carga constante o variable. Un Permeámetro esta formado de un cilindro de cristal transparente que forma una columna donde se coloca la muestra de suelo, en cada uno de los extremos de la columna se instala un plato poroso para que permite la distribución uniforme del agua aplicada en uno o ambos extremos del cilindro mediante un tubo o mangera instalado en cualquiera de los puntos, al aplicar el agua esta se mueve por una diferencia de gradientes hasta que es descargada en el extremo opuesto, en este punto se mide el gasto que ha fluido, una vez relizado este procedimiento y con los datos obtenidos, se determina la conductividad hidráulica del suelo. Si la carga a la entrada del permeámetro colocado en forma vertical u horizontal se mantiene constante, el gradiente hidráulico a través de la columna también sera constante y la conductividad del suelo es obtendra mediante el modelo siguiente:

Q Axi Donde: K

...................................................................................................... 32

K = Conductividad hidráulica del suelo a saturación. Q = Gasto o volumen que pasa a través de la columna en un tiempo (T) A = Área seccionada de la columna i = Gradiente hidráulica a través de la columna

63 Para determinar la permeabilidad, es necesario instalar el equipo y definir sus características, ya instalado se inicia la aplicación de agua a la columna de suelo, después de saturarse se mide el tiempo que transcurre para colectar un volumen determinado de agua en la descarga del permametro, por ultimo conocidos todos los teminos que se necesitan en la ecuacion, se procede a determinar el valor de la conductividad hidraulica aplicando la ecuacion de Darcy. Para ejemplificar como se determina la conductividad hidraulica de un suelo considere que se tienen las caracteristicas del permeametro de la figura 32 que han sido definidas durante su instalación, el agua que paso a travez de la columna de suelo es colectada en un recipiente obteniendo un gasto de 1.5 lph.

Figura 32. Determinacion de la Conductividad Hidraulica de un suelo Solucion: Q=AxV V=Kxi Q K A xi

i

H1  H 2 L

A = 40 cm2 h1 = 120 cm h2 = 0 cm z1 = 60 cm z2 = 0 cm, de acuerdo a la localizacion del nivel de referencia

64 H1 = h1 + z1 H1 = 120 cm + 60 cm H1 = 180 cm H2 = h2 + z2 H2 = 0 cm + 0 cm H2 = 0 cm

H  H2 i 1 180Lcm  0 cm i 60 cm i = 3.0 Q=AxKxi

K

Q Axi

1500 cm 3 / hra 40 cm 2 x 3.0 1500 K 120

K 

K = 12.5 cm/hra Otro caso que se presenta al utilizar los permeametros es cuando se quiere determinar cual es el gasto que pasa a travez de una columna de suelo, para ello considere que se dispone de la información que se indica en la figura 33, y que el suelo tiene una conductividad hidraulica de 18 cm/hra.

Figura 33. Determinar el gasto de un permeametro de doble entrada. Q=AxV

65 Q=KxAxi i

H1  H 2 L

h1 = 50 cm z1 = - 20 cm h2 = 20 cm z2 = - 65 cm H1 = h1 + z1 H1 = 50 cm + (-20 cm) H1 = 30 cm H2 = h2 + z2 H2 = 20 cm + (- 65 cm) H2 = - 45 cm

30 cm  (45 cm) 45 cm i = 1.667 i

Q=AxKxi Q = 60 cm2 x 18 cm/hra x 1.667 Q = 1800 cm3/hra Para ejemplificar las diferentes formas para la instalación de los permeametros considere que se realizo una prueba en laboratorio obteniendose la siguiente información, un permeametro de 10 cm de diametro y una longitud de 60 cm. ¿Se desea calcular la conductividad hidraulica del suelo, si las cargas parciales en cada extremo son; Para el punto 1 la carga por presion es de 120 cm, el nivel de referncia se encuentra localizado en el punto 2 (figura 31), en esta prueba se midio un volumen de 25 cm3 en un tiempó de 1 min con 10 segundos.

Q A x Tx i A =  x r2 A = 3.1416 x (5)2 A = 78.54 cm2 K

H 2  H1 L H1 = h1 + z1 H1 = 120 cm + 60 cm H1 = 180 cm i

H2 = h2 + z2

66 H2 = 0 cm + 0 cm H2 = 0 cm

i

180  0 60

i = 3.0

K

Q K xTxi

K

25 cm 75.5 cm x 3.0 x 70 seg

K = 0.0015157 cm/seg o K = 5.457 cm/hra Movimiento del Agua en Suelos no Saturados. En estos casos uno de los factores que se estudian mas a fondo es la capacidad de Infiltración del suelo debido aque es uno de los parámetros mas importantes en el movimiento del agua en el suelo, ya que influyen en el proceso de infiltración, en este proceso intervienen los gradientes de energía que determinan en si la magnitud del flujo y por lo tanto la velocidad de infiltración. Sin embargo, en la practica resulta más sencillo determinar empíricamente la velocidad con la que el agua se infiltra a traves del perfil del suelo, mediante este análisis es posible determinar la capacidad de infiltración aplicando las ecuaciones de flujo saturado o no saturado.

Figura 34. Representación Gráfica de la Velocidad de Infiltración y la Infiltración Acumulada. La infiltración de un suelo se considera una de las características basicas que se

67 tienen que conocer cuando se realiza la aplicación del agua de riego, debido a que se realiza directamente sobre la superficie del área de cultivo, la infiltración de un suelo se define como la entrada vertical del agua a través del perfil de suelo que se presenta en un tiempo dado y que esta directamente relacionada con su velocidad de penetración, la velocidad máxima de la infiltración instantánea es una función potencial negativa. En la Figura 34 se puede observar que la velocidad infiltración con respecto al tiempo, resulta en una ecuación que al integrarla en función del tiempo determina la lamina infiltrada total denominandose lamina de infiltración acumulada. La Ecuación de Infiltración en la Aplicación del Agua. La importancia de determinar la ecuacion de infiltración de un suelo radica en su utilización ya que es uno de los factores mas importantes que se deben tomar en cuenta para resolver algunas situaciones que se consideran durante el diseño de los sistemas de riego por superficie, aspersión y goteo en cualquiera de sus modalidades o bien en la toma de decisiones relacionadas con la operación de los equipos de riego o en proyectos hidráulicos. La ecuación de infiltración acumulada (z), es otro factor que forma parte integral de las ecuaciones de diseño, por ejemplo en los sistemas de riego por superficie, esta es indispensable para poder estimar longitudes de riego, tiempos de aplicación, gastos mínimos de riego, eficiencia de riego y otros. Por otra parte, durante la evaluación de los sistemas de riego por superficie, esta se basa principalmente en el cálculo de las láminas infiltradas, ademas de la selección de sitios donde es posible localizar obras de almacenamiento o de recarga en otros, el cálculo de volúmenes y gastos de escurrimiento producidos por precipitaciones de cierta intensidad, en todos los casos señalados se requiere del conocimiento de esta característica del suelo: En los sistemas de riego por aspersión y goteo que se caracterizan por aplicar el agua a tasas de precipitación menores que la capacidad de infiltración del suelo es fundamental ya que de lo contrario se producen acumulaciones de agua sobre la superficie del suelo que pueden causar diversos problemas como percolación profunda, erosión, escurrimineto, dificulta la operación de los equipos de riego y la evaporación directa entre otros. FACTORES QUE AFECTAN LA INFILTRACIÓN DEL SUELO. En un análisis realizado por los investigadores Musgrave y Horton señalan que durante el proceso de infiltración se presentan 3 fases consideradas de acuerdo a la siguiente secuencia; La entrada de agua a través de la superficie, La transmisión a través del perfil y El Abatimiento en la capacidad de almacenamiento del suelo. Estos factores en conjunto con las características físicas del medio y del fluido, son las que ejercen los principales efectos sobre la infiltración, sin embargo, existen otros factores que afectan a la velocidad de infiltración, estos son: 

Textura del Suelo. Este parámetro esta relacionado con el tamaño de poros,

68 en un suelo arenoso ocasiona que la velocidad de infiltración sea mayor. En un suelo franco los poros son de tamaño regular provocando que su velocidad de infiltración sea mediana y en los suelos arcillosos el tamaño de poros es más pequeño, esto ocasiona que la velocidad con se infiltra el agua sea más baja. 

Estructura. Cuando los suelos presentan una estructura estable con buenas características tienen una velocidad de infiltración alta.



Contenido de Humedad. Este factor presenta dos aspectos importantes, uno es que la velocidad de infiltración en suelos secos se caracteriza por ser mas alta y el otro cuando se encuentra húmedo, donde la velocidad de infiltración es menor debido a que sus poros se encuentran ocupados con agua.



Topografía del Campo. En este aspecto se refiere al tiempo de contacto de la superficie del suelo con el agua, cuando tenemos una mayor pendiente su velocidad de infiltración es menor y el proceso se invierte cuando existe una menor pendiente.



Precipitación. Cuando se presenta una lluvia de alta intensidad y corta duración, provoca que la infiltración sea menor debido a que se produce mas escurrimiento que no permite que se lleve a cabo la infiltración, caso contrario se presenta cuando la lluvia es de baja intensidad y larga duración que ocasiona que la infiltración sea mayor.



Cubierta Vegetal. Si se dispone de una buena cobertura vegetal se evita que el agua salpique al suelo, este salpicamiento puede taponear los conductos capilares ocasionando una infiltración menor.



Temperatura. Si se habla del hábitat o insitu (agua – suelo) donde se desarrollan las plantas, se considera que la temperatura que existe en ese medio afecta la viscosidad del agua, es decir que a mayor temperatura la viscosidad disminuye provocando que la infiltración será mayor.



Lamina de Agua. Este factor es uno de los mas importante desde el punto de vista de aplicación del riego, debido a que la velocidad de infiltración depende del tamaño y su magnitud, es decir mientras más grande sea el espesor de la lamina de agua esta ejercerá una mayor presión sobre la superficie de suelo induciendo una mayor infiltración:

Modelos para Determinar la Infiltración de un Suelo. Existe un gran número de modelos matemáticos que han sido propuestos para describir las características de infiltración de un suelo, algunos de los modelos fallan en la descripción de la velocidad de infiltración (Vi) a valores de tiempo altos, ya que estos asumen que la velocidad de infiltración disminuye constantemente en lugar de alcanzar un valor relativaménte constante, cuando la velocida de infiltración tiende a ser constante con una variación de  10 % se le denomina coeficiente de infiltración básico del suelo (Figura 32).

69 Debido a que el propósito principal de este tema es el proporcionar una idea muy general sobre los principios básicos del uso y manejo del agua, solo se hará mención de uno de los modelos que se utilizan por ser el más ampleado en la aplicación del agua de riego. El modelo que sera analizado es el propuesto por Kostiakov - Lewis, este señala que la velocidad de infiltración varia de acuerdo a la carga actuante y al tiempo que tarda en infiltrarse y para determinarlo se puede realizar gráficamente o numéricamente, este modelo es muy utilizado ya que constituye una aproximación bastante aceptable a los valores del tiempo comúnmente asociados en los problemas de riego, este se indica por el siguiente ecuación: Vi = (K t n)

……………………………………………………………….. 33

Donde: Vi = Capacidad de infiltración. Cm/hr. K = Constante de infiltración. t = Tiempo de oportunidad de infiltración minutos. n = Coeficiente de infiltración. Si se integra la ecuacion de la velocidad de infiltración, para el tiempo t = 0 y tiempo t = 1, se obtiene la ecuacion de infiltracion acumulada, asi tenemos que:

K´ 

K n 1

..................................................................................................... 34

Entonces se tiene que la ecuación de infiltacion acumulada sera igual a:

 K   t Z    n  1

n 1

..................................................................................................... 35

La ecuación de infiltración acumulada puede ser expresada tambien como:

Z K´ t

n 1

.................................................................................................. 36

Donde: Z = Lamina de infiltración acumulada. cm K´ = Constante de infiltración acumulada. t = tiempo de infiltracion n = Coeficiente de infiltración acumulada, exponente de la pendiente de la curva. Si se desea conocer el tiempo de aplicación que se tarda en infiltrarse una

70 determinada lámina infiltrada o lámina aplicada se despeja la variable del tiempo correspondiente de la ecuación de infiltración acumulada quedando indicada por: 

1



 Z   ´n  1   t   K ´  

.......................................................................................... 37

La integración considera que las unidades de tiempo en ambas modelos son las mismas, es decir la infiltración es expresada en cm/hr o en cm/min y el tiempo en min, pero es mas común que la infiltracióndel suelo se exprese en términos de cmIhr y que el tiempo se exprese en min, por lo tanto, es necesario corregir el valor de la constante de infiltración acumulada (K') dividiéndolo entre él numero de minutos en una hora, asi la ecuación transformada será igual a:

  ( n  1) K  t Z   ( n  1 ) 60  

........................................................................................ 38

Si tenemos que:

K ´

K (n  1) 60

....................................................................................... 39

Entonces se tiene que la ecuación de infiltacion acumulada sera igual a: Z = K´ t n+1

…………………..…………………………………… 40

Donde: Z = Lamina de infiltración acumulada. cm K´ = Constante de infiltración acumulada. t = tiempo de infiltracion n = Coeficiente de infiltración acumulada, exponente de la pendiente de la curva Para ejemplificar la forma de determinar la lamina infiltrada acumulada de un suelo considere que se dispone de la ecuación de infiltración de un suelo la cual es igual a Vi = 23 t -0.41 expresada en cm/hr y el tiempo expresado en min. ¿Determine cual es la ecuación de la lámina de infiltración Acumulada? Vi = 23 t -0.41

  ( 0.41  1) K  t Z   ( n  1 ) 60     ( 0.4  1) 23  t Z    ( 0.411) 60 

71

 23  0.59 Z  t  35.4  Z = 0.65 t 0.59 Otro ejemplo sobre el manejo de los modelos de infiltracion se tiene, si a pertir de la ecuación de infiltración acumulada se determina el modelo de infiltración, esto se puede observar si se asume que la ecuación de la lámina infiltrada acumulada es Z = 0.26 t 0.52, con la lámina expresada en cm y el tiempo en min. ¿ Determine cual sera la Ecuación de la Capacidad de Infiltración? Z = 0.26 t 0.52

Z  K , t n 1 Si se sabe que:

K ´

K (n  1) 60

K  K , (n  1) 60 Por lo tanto, derivando la ecuación resulta que la Vi = K tn Vi = K´ (n + 1) 60 t 0.52 Por otro lado, si se considera que: n + 1= 0.52 n = 0.52 –1 n = - 0.48 Finalmente la ecuación de la capacidad de infiltración sera igua a: Vi = (0.26) (-0.48 + 1) 60 t (0.52 – 1) Vi = (0.26) (0.52) (60) t -0.48 Vi = 8.11 t -0.48 Medición de la infiltración de un Suelo. La infiltración de un suelo puede ser determinada por diferentes formas, sin embargó, la selección del metodo depende de la utilización que se le, de por ejemplo en el diseño de los sistemas de riego la infiltración es uno de los factores más importante debido a que la lámina que se aplica debe ser menor que la velocidad de penetración para que pueda infiltrarse normalmente sin provocar encharcamiento, escurrimiento y otros, en general la infiltración de un suelo es determinado de dos formas, estas son; Método de los cilindros infiltrometros y Método de entradas y salidas.

72 Método de los Cilindros Infiltrómetros. El método de los cilindros infiltrometros es uno de los mas utilizados para determinar la capacidad de infiltración del suelo, el método se basa en utilizar dos estructuras de metal fabricadas en forma de cilindricos concéntricos de diferente diámetro, estos equipos varian de 40 a 60 centímetros de largo y hasta 30 centímetros de diámetro, el material debe ser resistente para que puedan penetrar en el suelo, los cilindros son colocados e introducidos en el suelo a una profundidad de 15 centímetros (Figura 35). Al realizar la prueba esta debe de efectuarse en lugares representativos del área que se requiere estudiar, una vez instalados los cilindros en el area, se inicia la prueba aplicando agua en el espacio formado por los dos cilindros para evitar el movimiento lateral del agua contenida en el cilindro interior, esto es importante ya que se pueden tomar lecturas de la carga de agua en el cilindro interior que no corresponderan a las reales afectando seriamente a la prueba. Después se agrega agua al cilindro interior procurando que la lámina de agua no exceda la carga que se quiere tener durante un riego normal que varía de 10 a 20 centímetros, al terminar de aplicar agua se inicia la toma de información con la profundidad de la lámina de agua desde el borde superior del cilindro interior al espejo del agua en el cilindro, en ese momento es importante registrar la hora de inicio de la observación, enseguida se continuan tomando diferentes tiempos a criterio repetidamente iniciando con intervalos cortos al principio (1 min.). Figura 35. Cilindros Infiltrómetros para Determinar la Infiltración de un Suelo.

Conforme avanza la prueba la toma de los intervalos de tiempos sé continua con

73 espacios más grandes hasta concluirla, es importante registrar las lecturas de infiltración y los tiempos respectivos en cada observación, si es necesario recargar agua al cilindro interior debe registrarse la nueva lectura y continuar con el mismo procedimiento hasta alcanzar la infiltración básica del suelo, se recomienda elaborar un formato para la toma de información como el que se indica en el Cuadro 9, una vez obtenidos los datos de campo se procesan para determinar la ecuación de infiltración del suelo utilizando cualquiera de los metodos. Antes de analizar estos metodos es necesario considerar que la ecuación de infiltracion, es una funcion exponencial negativa linealizada mediante logaritmos a partir del siguiente análisis. Si el modelo de infiltracion esta definido por: Vi = K tn

................................................................................ 41

Al aplicar logaritmos se tiene: Log Vi = Log K + n Log (t) ………………………………………………………….. 42 Cuando es linealizada el modelo queda definido por: y = a + bx

.......................................................................................... 43

La ecuación 43 corresponde a la línea recta. Donde: y = Log (Vi) a = Log (K) b=n x = Log (t)

……………………………………………………………… 44

Una vez conocido el principio teórico del modelo de infiltración, esta puede ser determinarda por cualquiera de las formas que se indican a continuación. Determinación de la Ecuación de Infiltración. La ecuación de infiltración de un suelo se determina a partir de la información obtenida en las pruebas de campo, el análisis de la información puede realizarse utilizando el método grafico o el método numérico. Método Gráfico. El método se basa en que la información registrada en el campo se procesa para formar pares de datos compuestos por las variables de tiempo (t) y velocidad de infiltración (Vi), que se definen como: T = Tiempo de infiltración acumulado. Vi = Es la diferencia sucesiva entre lecturas de láminas de agua por la diferencia entre los tiempos de observación. Obtenidos los pares de datos de campo, se inicia el proceso para determinar la

74 infiltración del suelo, para esto primero es necesario gratificar en papel milimétrico la información obtenida colocando en eje de las (Y) la velocidad de infiltración y en eje de las (X) el tiempo de infiltración acumulado, cuando se grafican los datos se observa que el comportamiento es una curva descendente, es decir la velocidad de infiltración disminuye a medida que el tiempo se incrementa (Figura 36).

Figura 36. Representación Gráfica de la Velocidad de Infiltración y la Infiltración Acumulada. Si esta información se gráfica en papel logarítmico, se observar una franja de puntos formada por los pares de datos, para uniformizar estos puntos se traza una línea recta tratando de integrar o ajustar todos sus puntos (Figura 37).

Figura 37. Representación Gráfica de la Velocidad de Infiltración Instantánea y Acumulada (Papel Logarítmico). El valor de la función de infiltración es aquel que es definido por la línea de mayor

75 ajuste, a tiempo t igual a uno (t =1), basandose en la gráfica logaritmica el valor de la constante de infiltración (K), es el punto donde ocurre la intersección de la línea recta con el eje de las (Y) representado por la velocidad de infiltración. La pendiente de la línea recta que corresponde al exponente de infiltración (n), se conoce tomando dos puntos de la línea recta, después se proyectan estos puntos en el sentido horizontal y vertical, al realizar la proyección se miden sus distancias, y con estos datos se aplica el siguiente modelo.

n

y x

................................................................................................................ 45

Donde: n = Pendiente de la recta. y = Distancia en eje vertical. x = Distancia en el eje horizontal. La ecuación de infiltración acumulada (Z), se gráfica utilizando el valor calculado de la constante de infiltración acumulada (K') y el valor de un punto cualquiera de la lamina acumulada (Z) calculada al sustituir un valor de tiempo " t " por un valor numérico aplicando el siguiente modelo.

 K  n 1  t Z    (n  1)  Z  K , t ( n 1)

......................................................................................................... 46

Para ejemplificar el metodo de los cilindros infiltrómetros para determinar la ecuación de infiltración, considere que se realizo una prueba de campo obteniendo la siguiente informacion: Cuadro 9. Datos de campo para Determinar la infiltración de un Suelo Hora Intervalo Tiem. Acum. Lec. antes Diferencia Vel. Inf. cm/hra (min.) . (min) y desp. (cm) Lecturas Vi =(Dif lec) 60/IT 8:07 7.85 8:08 1 1 7.712 0.138 8.280 8:09 1 2 7.594 0.118 7.280 8:12 3 5 7.331 0.263 5.260 8:18 6 11 6.929 0.402 4.020 8:28 10 21 6.420 0.509 3.054 8:43 15 36 5.896 0.595 2.372 8:48 5 41 7.259 9:08 20 61 6.582 0.633 1.899 9:38 30 91 6.024 0.677 1.354 10:08 30 121 7.185 0.558 1.116

76 10:15 11 :15 12:15 13:15

7 60 60 60

128 188 248 308

8.146 7.185 6.285 5.405

0.961 0.900 0.880

0.961 0.900 0.880

Método numérico. El método numérico para determinar la ecuación de infiltración de un suelo se basa en utilizar la metodología de los mínimos cuadrados para realizar el ajuste lineal, este consiste en linealizar los datos obtenidos de la ecuación de velocidad de infiltración como se efectuo en el metodo grafico, para relizarlo se identifican los datos obtenidos de campo con los siguientes términos.  x =  Log (tiempo acumulado)  x2 =  Cuadrado de log. (Tiempo acumulado).  y =  Log. (Capacidad de infiltración).  x y =  Log. (Tiempo acumulado) log (Capacidad de infiltración) N = Número de observaciones

Figura 38. Elaboración de la gráfica en el papel logarítmico para determinar la ecuación de infiltración. Identificados terminos, los parámetros de la ecuación de infiltración se calculan aplicando los modelos que se indican a continuacion: Determinación de la pendiente (n)

77

Para determinar el valor de la pendiente de la curva (n), se aplica la siguiente ecuación.

x y N n ( x) 2 2 x  N  xy 

............................................................................................. 47

Determinación de la constante de infiltración (K) La constante de infiltración (K), se determina aplicando el siguiente modelo.

m y n x

........................................................................................... 48

K = Antilog log m

......................................................................................... 49

Por lo tanto, la ecuación de infiltración será igual a: Vi= Ktn

............................................................................ 50

Para determinar el modelo de la infiltración acumulada (Z), se aplica el metodo analizado para determinar la constante de infiltración acumulada (K'), definida por la ecuación:

K .......................................................................................... 51 (n  1) 60 Finalmente la ecuación de la infiltración acumulada queda como: K´ 

Z = K´ t n+1

…………………………………………………. 52

Utilizando la misma información obtenida de la prueba de campo para detrminar la infiltración del suelo con los cilindros infiltrómetros, aplique el método numérico para determinar la ecuación de infiltracion. Cuadro 10. Datos logarítmicos para determinar la Infiltración de suelo Tiempo Log t . (Log t)2 Log. Vi (Log Vi)2 (Log, t, Vi) 2 2 acum. min Xi X Yi (Y¡) Xi Yi 1.0 0.0 0.0 0.9180 0.8447 0.00 2.0 0.3010 0.0906 0.8621 0.7245 0.2594 5.0 0.6989 0.4872 0.7209' 0.5196 0.5031 11.0 1.0413 1 .0843 0.6042 0.3625 0.8537 21.0 1.3222 1 .7482 0.4848 0.2276 0.6410 36.0 1 .5563 2.4220 0.3751 0.1445 0.5837 61.0 1 .7853 3.1872 0.2785 0.0777 0.4972

78 91.0 121.0 188.0 248.0 308.0  Media

1 .9590 2.0827 2.2741 2.3944 2.4885 17. 9020 1.491

3.8376 4.3376 5.1715 5.7331 6.1926 34.291

0.1316 0.0476 -0.0172 -0.0457 -0.0555 4.304 0.358

0.0213 0.0213 0.0003 0.0021 0.0037 3.4016

0.2578 0.0991 -0.0391 -0.1094 -0.1380 3.408

Las variables que se deben determinar para conocer los valores que debe tener el modelo de infiltración seran: Vi = Ktn Log I = Log K + n Log t Y = b0 + b1X Si bo=K y b1= n Entonces: Y=K+nX K=Y–nX Basandose en lo anterior la forma para determinar cada una de las variables que intervienen y utilizando la información del cuadro 10 esta sera igual a: x = 17.902

x2= 34.291

y = 4.304

xy = 3.408

(x)2 = 320.48.16 N = 12

Para conocer la ecuación de infiltración se inicia con la determinación del valor de la pendiente (n) aplicando el siguiente modelo.

 x y N n ( x) 2 2 x  N  xy 

(17.902) (4.304) 12 n (17.902) 2 34.291  12 n = - 0.397 3.408 

Enseguida para determinar la constante de infiltracion (K), se utiliza la ecuacion

79 siguiente: Log K = Y – n X Log K =0.358 – (-0.397) (1.491) Log K = 0.358 – (- 0.591) Log K = 0.949 K =log inverso 0.949 K = 8.89 Basándose en los datos obtenidos de cada una de las variables se tiene que la ecuación de infiltración es igual a: Vi = K t n Vi = 8.89 t –0.397 Obtenido el modelo de infiltración, sé esta en condiciones de poder determinar la ecuación de infiltración acumulada, para esto se realiza el siguiente procedimiento: Vi = 8.89 t –0.397 Z = K´ t n +1

K´ 

K´ 

K (n  1) 60

8.89 (0.397  1) 60

K´

8.89 36.18

K´ =0.243 n -1 = -0.397 n = -0.397 +1 n = 60 Determinadas las variables de la ecuacion de infiltracion acumulada (Z), es igual a: Z = 0.243 t 0.60 Métodos de Entradas y Salidas. Este método se utiliza para determinar la de

80 infiltración de un suelo principalmente cuando se desea establecer un sistema de riegos por surcos, estos sistemas se consideran pequeños canales de sección uniforme y de pendiente mayor en el sentido del riego, el agua se infiltra en forma gradual a lo largo de todo su recorrido, para medir la velocidad de infiltración en el campo se realiza el siguiente procedimiento. Una vez trazado el surco, se selecciona el tramo de prueba, enseguida se colocan las estructuras de aforo (parshall) en la cabecera y parte final del tramo de prueba, el aforador Parshall se muestra en la Figura 39.

Figura 39. Aforador Parshal para Determinar la Infiltración en Surcos por el Metodo de entradas y salidas. Instalados los aforadores parshall se aplica el gasto al surco, este gasto debe ser constante y aplicado por medio de sifones debidamente calibrados, con los datos obtenidos en campo (gasto y tiempo) se calcula la velocidad de infiltración partiendo del principio de medir un gasto de entrada (Q1) en la cabecera o parte superior del campo y un gasto de salida (Q2) medido en la estación de aforo, la diferencia de gastos entre el de entrada (Q1) y el de salida (Q2), es el volumen de agua que se ha infiltrado a lo largo del tramo de prueba del surco. Al considerar el tiempo transcurrido y el área del surco en el tramo se obtiene la velocidad de infiltración (Vi), por lo tanto, mediante los datos obtenidos de la prueba de campo se elaboran las curvas y las ecuaciones de la velocidad de infiltración y la infiltración acumulada. El modelo utilizado para ajustar los datos de campo es el mismo empleado para el

81 método de los cilindros infiltrómetros y que fue propuesto por Kostiakov - Lewis, este método se utiliza mucho para el estudio de la infiltración en suelos para riego, ya que sus parámetros se obtienen en forma fácil de datos experimentales, por lo tanto se tiene que:

V i

L t

........................................................................................................ 53

Donde: Vi = Velocidad de infiltración, cm/hr L = Lamina, cm t =Tiempo, hr La lámina (L) que se aplica será igual a:

L

Vin As

........................................................................................................ 54

Donde: Vin = Volumen infiltrado. cm3 As = Área del tramo de prueba. cm2 El volumen infiltrado se determina por la siguiente ecuación: Vin = (Q1 – Q2) t

………………………………………………………………. 55

Donde: Q1 y Q2, son los gastos de entrada y salida en el tramo de prueba del surco cm 3/hr. t = Tiempo El área del tramo de prueba se determina con la ecuacion: As= La X b

…………………………………………………………….. 56

La = Es la longitud de prueba ó del surco desde la cabecera hasta el aforador. b = Ancho del surco, cm Por lo tanto, la ecuación de la velocidad de infiltración será igual a:

82

cm 3 hr La x b cm 2 cm  t hr hr

(Q1  Q2 ) t V i

.............................................................................. 57

Para estimar los parámetros de (K) y (n) de la ecuación de infiltración (Kostiakov – Lewis), se efectua una regresión lineal simple a los datos observados o utilizando el método gráfico o numérico explicado en el método de los cilindros infiltrómetros. Para analizar el método de entradas y salidas en la determinación de la infiltración, suponga que se utilizo un par de aforadores Parshall para realizar una prueba de infiltración efectuada en un sistema de riego por surcos que presento los datos y características siguientes. Gastos de entrada Q1 = 1.5 Lps Longitud de prueba = 60 m Ancho del surco = 0.80m Cuadro11. Datos de campo para determinar la infiltración de un suelo. Tiempo Hora Transcurrido(min) hrs Estación Estación Promedio Gasto Gasto Vel. Infil. y min. 0+000 0+060 Tiem Acu (min) 1 L.P.S. 2 L.P.S. (Vi) cm/hr. 8:17 Inicio 8:42 25 0 0 1.5 8:43 26 1 13.5 1.5 0.301 8.99 8:45 28 3 15.5 1.5 0.581 6.89 8:47 30 5 17.5 1.5 0.720 5.85 8:49 32 7 19.5 1.5 0.811 5.17 8:51 34 9 21.5 1.5 0.842 4.93 8:53 36 11 23.5 1.5 0.862 4.78 8:55 38 13 25.5 1.5 0.892 4.56 8:57 40 15 27.5 1.5 0.923 4.33 9:00 43 18 30.5 1.5 0.955 4.09 9:02 45 20 32.5 1.5 1.065 3.26 9.04 47 22 34.5 1.5 1.128 2.79 9:06 49 24 36.5 1.5 1.148 2.64 9:08 51 26 38.5 1.15 1.093 3.05 9:10 53 28 40.5 1.5 1.093 3.05 9:12 55 30 42.5 1.5 1.093 3.05 9:14 57 32 44.5 1.5 1.093 3.05 9:16 59 34 46.5 1.5 1.117 2.87 9:18 61 36 48.5 1.5 1.117 2.87 9:22 65 40 52.5 1.5 1.141 2.69

83 9:24 9:26 9:28 9:30 9:32 9:34 9:36 9:38 9:40 9:42 9:44 9:46 9:48 9:50 9:52 9:54 9:56 9:58 10:00 10:10 10:15 10:20 10:25 10:30 10:35 10:40 10:45

67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 99 101 103 113 118 123 128 133 138 143 148

42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 88 93 103 103 108 113 118 123

54.5 56.5 58.5 60.5 62.5 64.5 66.5 68.5 70.5 72.5 74.5 76.5 78.5 80.5 82.5 84.5 86.5 88.5 90.5 100.5 105.5 115.5 115.5 120.5 125.5 130.5 135.5

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

1.141 1.65 1.165 1.165 1.190 1.190 1.190 1.215 1215 1.215 1.239 1.239 1.239 1.239 1.239 1.239 1.239 1.264 1.264 1.264 1.264 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290

2.69 2.51 2.51 2.51 2.32 2.32 2.32 2.14 2.14 2.14 1.96 1.96 1.96 1.96 1.96 1.96 1.77 1.77 1.77 1.77 1.57 1.57 1.57 1.57 1.57 1.57 1.57

Para ver la forma de calcular la velocidad de infiltración se determinara el primer y segundo valor como ejemplo, para ello se sustituyen los gastos de entrada, de salida, largo y el ancho del surco en la ecuación (57). El primer valor de la velocidad de infiltración es igual a:

V i

(1.5  0.301) (1000) (3600) 480000

Vi = 8.99 cm/hra El segundo valor de la velocidad de infiltración es igual a:

V i

(1.5  0.581) (1000) (3600) 480000

Vi = 6.89 cm/hra

84 Concidos todos los valores de velocidad de infiltración y considerando el tiempo acumulado, se procede a obtener los parámetros (K) y (n) de la ecuación de infiltración de Kostiakov – Lewis, en este caso para la obtención de los parámetros se puede realizar aplicando cualquiera de los métodos analizados, sin embargo, el método de regresión lineal es más preciso, debido a que es el que mejor ajusta los datos de campo a la curva de infiltración definidos en modelo de I = Kt n Si se aplican logaritmos, para linealizarlas se tiene que: Log I = Log K + n Log t

……………………………………………………… 58

El exponente (n) sé conoce por la siguiente ecuación:

 X i  Yi N n 2 (  X i )  (X i )2  N m = Y – n (X)  X i  Yi 

..................................................................................... 59

.................................................................................. 60

K = antilogaritmo de m Cuadro 12. Datos logarítmicos para Determinar la Infiltración de un suelo. Tiempo. (min) 13.5 15.5 17.5 19.5 21.5 23.5 25.5 27.5 32.5 34.5 36.5 38.5 40.5 42.5 44.5 46.5 48.5 50.5 52.5

Veloc. Inf. Log (T) Xi Log. (Vi) Yi (cm/hr) 8.99 6.89 5.85 5.17 4.93 4.78 4.56 4.33 3.26 2.79 2.64 3.05 3.05 3.05 3.05 2.87 2.87 2.87 2.69

1 .1303 1.1903 1.2430 1.2900 1 .3324 1.3711 1 .4065 1.4393 1.5119 1.5378 1.5623 1.5854 1 .6074 1.6284 1.6484 1.6674 1.6857 1.7033 1 .7201

0.9537 0.8382 0.7671 0.7135 0.6928 0.6794 0.6589 0.6365 0.5132 0.4456 0.4216 0.4843 0.4843 0.4579 0.4579 0.4579 0.4297 0.4297 0.3977

Xi2

Yi2

XiYi

1.2776 1.4168 1 .5450 1 .6641 1.7752 1.8799 1 .9782 2.0716 2.2858 2.3648 2.4408 2.5135 2.5837 2.6517 1 .7172 2.7802 2.8416 2.9012 1.9587

0.9095 0.7026 0.5884 0.5091 0.4800 0.4616 0.4341 0.4051 0.2634 0.1985 1.1777 0.2345 0.2345 0.2345 0.2345 0.2097 0.2097 0.2097 0.1846

1 .0779 0.9977 0.9535 0.9204 0.9231 0.9315 0.9267 0.9161 0.7759 0.6852 0.6586 0.7678 0.7784 0.7886 0.7183 0.7635 0.7719 0.7799 0.7391

85 54.5 56.5 58.5 60.5 62.5 64.5 66.5 68.5 70.5 72.5 74.5 76.5 78.5 80.5 82.5 84.5 86.5 88.5 90.5 100.5 105.5 110.5 115.5 120.5 125.5 130.5 135.5

2.69 2.51 2.51 2.51 2.32 2.32 2.32 2.14 2.14 2.14 1.96 1.96 1.96 1.96 1.96 1.96 1.77 1.77 1.77 1.77 1.57 1.57 1.57 1.57 1.57 1.57 1.57

1 .7364 1.7520 1.7671 1.7817 1.7959 1.8095 1.828 1 .8357 1.84282 1.8603 1.8721 1 .8836 1.8948 1 .9058 1.9164 1.9268 1.9370 1 .9469 1 .9566 2.0021 2.0232 2.0433 2.0626 2.0810 2.0986 2.1156 2.1319 81.5532 x =1.7352

I=KTn Log I = Log K + n Log t 



Y  bo  b1 X

 X i  Yi N n 2 (  X i)  ( X i )2  N Si se sabe que (n) es igual a: n = -0.70007 b o = 1.62976 Antilog de b o = K  X i  Yi 

b o  0.4150  (0.70007 x 1.7352)

(81.5532) (19.5058) 47 n (81.5532) 2  144.6178   b o  Y  b1 X 47 31.6696 

0.3977 0.3977 0.3977 0.3977 0.3655 0.3655 0.3655 0.3304 0.3304 0.3304 0.2922 0.2922 0.2922 0.2922 0.2922 0.2922 0.2480 0.2480 0.2480 0.2480 0.1959 0.1959 0.1959 0.1959 0.1959 0.1959 0.1959 19.5058 y =0.4150

3.0151 3.0695 3.1226 3.1744 3.2252 3.2743 3.3226 3.3698 3.44158 3.4607 3.5047 3.5479 3.5902 3.6221 3.6726 3.7125 3.7519 3.7908 3.8283 4.0034 4.0933 4.1751 4.2543 4.3605 4.4041 4.4757 4.5450 144.617

0.1846 0.1846 0.1597 0.1597 0.1336 0.1336 0.1336 0.1091 0.1091 0.1091 0.0854 0.0854 0.0854 0.0854 0.0854 0.0854 0.0651 0.0615 0.0615 0.0615 0.0384 0.0384 0.0384 0.0384 0.0384 0.0384 0.0384 9.6749

0.7461 0.7003 0.7063 0.7121 0.6564 0.6614 0.6662 0.6065 0.6106 0.6146 0.5470 0.5504 0.5536 0.5569 0.5600 0.5630 0.4804 0.4828 0.4852 0.4965 0.3963 0.4003 0.4040 0.4076 0.4111 0.4144 0.4176 31.6696

86 Entonces: K = 42.6345 b1 = n b o = Log k Para determinar el coeficiente de correlación de los datos análizados por regresión lineal, es necesario utilizar la información obtenida durante la prueba campo, para determinar este coeficiente se empleo la ecuación:

r

 X i Yi 

( X i ) ( Yi ) N

 ( X i )   ( Yi ) 2  2 2  ( X i )    (Yi )   N   N  

..................................................... 61

2

(81.5532) (19.5058) 47 r 2  (81.5532)   (19.5058 ) 2  144.6178   9.6749   47 47     31.6696 

r = -0.98: r2 = 0.96 Finalmente el modelo de infiltración determinado por el método de entradas y salidas expresado por Kostiakov - Léwis se indicado por la ecuación: I =42.6345 t 0.70007

................................................................ 62

Al Integrarla se obtiene la ecuación de infiltración acumulada representada de la siguiente forma: Z = 2.354 t 0.3006

...................................................................... 63

87

RELACION AGUA - SUELO – PLANTA

88

CONTENIDO DE AGUA EN LAS PLANTAS. El sistema interno de las plantas, está constituido por una serie de columnas en forma de tubos verticales paralelos y continuos que provocan que el agua se mueva, circule y se encuentra presente en las células, asi mismo permiten que se enlazan los espacios intercelulares de las hojas hasta la zona de absorción de las raíces. Cuando ocurre la eliminación del agua por transpiración atravez de las células de las hojas se establece un gradiente de potencial, que se transmite hacia abajo por la misma planta hasta llegar al suelo, esta situación ocaciona que el agua presente en el suelo sea absorbida por la planta y empiece a ascender siguiendo este gradiente de energia, a este fenómeno se le llama sistema hidrodinámic y es a través de el que ocurre el movimiento de agua en toda la planta. El potencial en la planta se estabiliza cuando las estomas se cierran y no permiten la entrada del bióxido de carbono (CO2), este proceso es netamente físico y es regido por un gradiente de potencial, el agua está retenida en el suelo a tensiones de 0.1 a 20 atmósferas por lo tanto, la planta debe desarrollar cierta cantidad de trabajo para poder absorberla, sin embargo, si se compará con la del medio ambiente esta fuerza es completamente diferente ya que esta varía de 1000 a 100,000 atmósferas. Clasificación de las Plantas con Respecto al Agua. Las plantas se clasifican principalmente con respecto al agua en tres grandes grupos, estos son:   

Hidrófilas. Mexófitas. Xerófilas.

Plantas Hidrófilas. Se denominan asi a todas las plantas que se caracterizan por ser de hábitat acuático y que por lo tanto se desarrollan bajo condiciones de humedad abundante, dentro de estas se encuentran a las algas, lirios y otros. Plantas Mexófitas. Este tipo de plantas se clasifican básicamente en dos grupos, estos son; Mesófitas verdaderas y Mexófitas xerófilas. Mexófilas Verdaderas. Se llaman asi a las plantas que tienden ha marchitarse cuando se pierde hasta 25 % de la humedad en el suelo, dentro de estas plantas se encuentran ciertos cultivos que se manejan comercialmente y que genralmente se caracterizan por ser sensibles a la falta del agua. Mexófilas Xerófilas. Dentro de estas plantas se encuentran aquellas que se marchitan en forma permanente cuando se pierde del 25 al 50 % de humedad del suelo, pero se pueden recuperar fácilmente cuando se aplica el agua de riego.

89 Plantas Xerófilas. Estas plantas se caracterizan por ser resistentes a la sequía, en general están adaptadas a sobre vivir bajo condiciones de humedad muy limitada, estas plantas se localizan en todas las regiones áridas del mundo, y estan por la gobernadora, candelilla, palma, mezquite entre otros. Considerando el organismo completo de la planta, el agua dentro de ellas desempeña una serie de funciones de las que destacan por su importancia las siguientes. 

El agua está considerado como el principal constituyente estructural de las plantas debido a que está se encuentra almacenada en las células por la presencia de fuerzas osmóticas e imbíbicionales.



El agua incide fuertemente en la hidratación de encimas, que trae como consecuencia la afectación del metabolismo.



El agua actúa como disolvente de sustancias, permitiendo que se presenten una serie de reacciones metabólicas que solo pueden efectuarse en un ambiente acuoso.



El agua es el medio a través del cual todas las sustancias, excepto los gases se pueden mover a grandes distancias dentro de la planta, es decir desde la zona de abastecimiento (el suelo y células) hasta la región de uso como es el protoplasma.



Actua como un medio de transporte de nutrientes.



El movimiento del agua no solo se presenta en el xilema y floema, si no de célula a célula a través de los simplastos, por lo que se considera un sistema interconectado de protoplastos - aploplastos que se diferencian por presentar un sistema interconectado de paredes celulares.



El agua actúa como un estabilizador de temperatura cuando se presenta un alto calor específico y de vaporización, al dar inicio el proceso de la transpiración provocado el enfriamiento de las hojas expuestas al calor solar.



Otras de las funciones importantes del agua, es él considerarla como un agente reactivo ya que provoca la fotosíntesis y un producto cuando se efectúa la polimerización. RESPUESTA DE LAS PLANTAS AL AGUA DEL SUELO.

La respuesta que presentan las diferentes especies de plantas al agua del suelo es una función que depende directamente de la especie que se esté considerando como se analizo en la clasificacion de las plantas con respecto al agua.

90 Basándose en la clasificacion anterior se concluye que en las plantas mexofitas se encuentran la mayoria de los cultivos que se utilizan bajo condiciones de riego, por lo tanto, la influencia que tiene la disponibilidad de agua en la producción de los cultivos es una de las partes mas muy importante ya que del agua depende en gran medida el desarrollo, crecimiento y rendimiento siempre y cuando su extracción y utilización por la planta sea posible, dada esta situación es necesario conocer el grado de disponibilidad para los cultivos, ya que la deficiencia del agua influye directamente en los factores de la produccion. La absorción de agua por las plantas se produce principalmente a través del sistema radicular casi en forma exclusiva, sin embargo, para poder utilizarla las raíces deben localizarse en las zonas húmedas del suelo donde se encuentre el agua disponible o bien el agua debe desplazarse hacia donde esten las raíces. Como respuesta a la presencia de los diferentes niveles de humedad disponible en el suelo, se observa en la figura 40 cual es el comportamiento del índice de expansión del sistema radicular dentro del prefil de suelo, en esta se muestra que el sistema radicular prolifera mas en aquellos lugares donde existe una mayor disponibilidad de agua y nutrientes.

Figura 40. Comportamiento del sistema Radicular a Diferentes Niveles de Humedad. Por otra lado, las plantas durante su ciclo vegetativo (desarrollo, crecimiento y maduracion) presentan diferentes respuestas al agua del suelo, esta respuesta depende de la etapa en que se encuentre, basándose en este análisis se tiene que algunos de las etapas críticas que se presentan en los cultivos durante su ciclo de vida y donde sus rendimientos se ven afectados seriamente por un de deficit de humedad en suelo son:

91

    

La Germinación La Emergencia El Crecimiento La Floración La Formación del fruto

Germinación. En ésta etapa se inicia la división, elongación y diferenciación celular que dan origen a los nuevos tejidos de la planta, el agua en las células produce la presión de turgencia que es la encargada de estimular la elongación celular y que va formando parte de la estructura de la planta, un ejemplo de esto es el tallo y la raíz. Emergencia. Es la etapa en la cual las plantas logran salir al medio ambiente y dependiendo de su impacto tendra como resultado una baja o alta densidad de población en el área de cultivo y por lo tanto, una alta o baja producción. Crecimiento. En algunas gramíneas como el trigo se les denomina encañe, este se define como el período donde el agua produce un crecimiento acelerado de sus organos o partes mediante la elongación y formación de nuevas células que forma la planta. Floración. Esta etapa se presenta cuando los productos que se van a cosechar son órganos fructíferos, es considerada la mas crítica, ya que es el periodo donde se produce la formación de células y tejidos que constituyen el producto, si se presenta un déficit de humedad, la calidad y rendimiento de las cosechas son bajos comparados con la producción bajo condiciones óptimas de humedad. Formación de Frutos. La cosecha de granos y otros frutos están constituidos por carbohidratos, formados a partir de la fotosíntesis la cual no es posible sin la presencia del agua, y una restricción de agua y elementos en el suelo traerá por consecuencia la formación de frutos de la mala calidad, que pueden observarse a simple vista en ciertas características del producto, estos son; Chupamiento, Fruto Pequeño, Baja Consistencia y Otros. MEDIDA DE LA TENSIÓN HÍDRICA EN LAS PLANTAS. Una característica importante en las relaciones hídricas de plantas, es el equilibrio hídrico interno o grado de tensión hídrica, esta se debe a que controla parte de los procesos fisiológicos y las condiciones que determinan la cantidad y calidad en el rendimiento de los cultivos. Las formas de estimar la tensión hídrica de las plantas tiene su principio en mediciones del contenido hídrico del suelo ya que resultan mas adecuados para ciertos fines, pero no proporcionan información que sea confiable, por lo tanto los indicadores mas confiables para conocer la tensión hídrica son las mediciones realizadas directamente sobre las mismas plantas.

92

En los últimos años varios investigadores ecologistas y fisiólogos han realizado diversos estudios relacionados con la medicion de la tensión hídrica de las plantas, denominandola "potencial hídrico", pero debido los problemas que se han tenido para realizar una medida confiable del potencial hídrico, han ocasionado que varios nvestigadores pierden el interés por continuar sus investigaciones en esta área. Se han realizado muchos intentos para determinar la tensión hídrica de las plantas en términos de:    

Contenido hídrico Turgencia relativa o contenido hídrico relativo. Déficit de saturación Apertura de estomas

Sin embargo, es evidente que deben medirse características que están mas relacionadas con los procesos fisiológicos mas esenciales de las plantas, ya que además del contenido hídrico de la planta, existen tres características importantes de las células que deben ser tomadas en cuenta, estas son: el potencial osmótico, potencial de presión (turgencia) y el potencial hídrico. Problemas de Muestreo. Se ha observado que independientemente del método que se utilice en determinar la tensión hídrica, el uso de muestras representativas y comparables es de vital importancia, la mayoría de las medidas se toman en las hojas de las plantas por lo sencillo, además de ser el mas comun desde el punto de vista fisiológico; sin embargo, el estado hídrico de las hojas varía mucho entre las hojas viejas y las jóvenes que difierer significativamente en el contenido hídrico y potencial osmótico, esto sucede tambien en las hojas que están expuestas al sol con respecto a las que se encuentran en la sombra, o bien las que existen en la parte superior con las que se encuentra en la parte inferior de la planta. Por otra lado, se cometen grandes errores si se comparan muestras de plantas de diferentes edades, de lugares con exposiciones distintas o bien en colectadas en diferentes horas del día, obtenidas las muestras para su análisis estas deben ser colocadas en recipientes ligeros y mantenidos a la sombra, ademas cuando se tomen las mediciones de potencial, se deben realizar con toda la rapidez posible. Medida Directa del Contenido Hídrico. Este es el método más antiguo para medir el potencial hídrico de las plantas, su principio se basa en expresar el potencial hídrico en porcentaje del peso fresco o seco. Contenido Hídrico Basado en el Peso Seco. Para poder determinar el contenido hídrico en base a peso seco, es necesario secar la muestra de material en un horno a una temperatura de 85° C, la tempertura debe ser lo mas exacta posible ya que si se aplican temperaturas mas elevadas causan perdida del peso seco, este método no es adecuado para hojas que con frecuencia encuentran un gran aumento de peso seco durante su ciclo de vida.

93 Contenido Hídrico Basado en el Peso Fresco. El contenido hídrico se expresa con frecuencia en porcentaje de peso fresco, pero resulta poco preciso, debido a las grandes variaciones del contenido hídrico, además cuando se expresa en base a peso fresco resulta insensible a pequeños cambios de contenido hídrico. Contenido Hídrico Relativo. Debido a los problemas que se tienen cuando se expresa el contenido hirico en base a peso fresco o al seco, es mejor expresar el contenido hídrico de la hoja como un porcentaje del contenido de turgencia. Uno de los primeros investigadores que probo este método fue Stocker, al colocar las hojas en agua dentro de una cámara de húmeda, hasta que alcanzó un peso constante, de esta forma determino el "déficit hídrico ó déficit de saturación" y para lo cual aplico el siguiente modelo.

 PT  PC DH    PT  PSH

  x 100 

.......................................................................................64

Donde: DH = Déficit hídrico. PT = Peso turgente. PC = Peso de campo. PSH = Peso secado al horno. Al continuar con los estudios para determinar el contenido hídrico, Weatherley determino la turgencia relativa y que en la actualidad es conocido por "Contenido hídrico relativo", este parámetro es calculado aplicando el modelo siguiente, donde las variables tienen el mismo significado.

 P C  PSH   x 100 C . H . R.    P T  PSH 

........................................................................... 65

C. H. R. =100 – D. H

......................................................................... 66

En todos los procedimientos es necesario tener mucho cuidado al colectar y manejar las muestras, ya que una fuente importante de error proviene de la infiltración del agua en los espacios intercelulares; otro error que se tiene es cuando las superficies de las hojas son secadas antes de pesarla, otro aspecto es que las mediciones deben iniciarse tan pronto como sea posible después de haber colectado las muestras. Medida del Potencial Hídrico. El valor mas aislado y de mayor utilidad para caracterizar la tensión hídrica de las plantas se debe probablemente al potencial hídrico, en el cuadro 13 se indican algunos métodos que existen para medir el potencial hídrico.

94 Cuadro 13. Métodos para determinar el Potencial Hídrico. Forma Gravimétrica. Indice Refractometrico Equilibrio de líquidos Método del Colorante Psicometro Equilibrio del Vapor Camara de Presion Equilibrio de Presión Es importante que el grado de tensión hídrica de la planta pueda medirse durante toda la investigación relacionando los efectos del agua sobre el crecimiento de la planta, ya que es imposible evaluar en forma confiable la tensión hídrica de la planta tomando solo datos del agua del suelo. Las medidas del contenido hídrico, basadas en peso fresco o seco, son poco práctico ya que los contenidos hídricos varían mucho con la edad y la clase de tejido. Al expresar el contenido hídrico relativo como un porcentaje del contenido hídrico en plena turgencia, presenta una mejor exactitud, sin embargo, el grado de tensión hídrica se debe expresar mejor en términos de potencial hídrico, por encontrarse mas relacionado con los procesos fisiológicos y bioquímicos que controlan el crecimiento. El empleo del potencial hídrico permite que la tensión del suelo y planta se expresen en las mismas unidades, tambien puede medirse mediante métodos de equilibrio de líquidos y vapor. Al parecer la determinación líquida del equilibrio por el método de colorantes es altamente satisfactorio para las mediciones de campo, pero el método del Psicrómetro termopar resulta más exacto. Por otro lado, el método de equilibrio de vapor es más rápido y puede emplearse en campo y laboratorio, pero no resulta confiable en algunos tipos de especies DETERMINACIÓN DE LA LÁMINA DE RIEGO. La determinación de la lámina de riego, es importante porque indica la cantidad de agua que se debe aplicar a un suelo, para conocerla es necesario idntificar los parámetros de humedad del suelo derinidos como:   

La Capacidad del Campo (CC) El Punto de Marchitez Permanente (PMP) La Densidad aparente (Da)

Otros factores importantes que se deben considerar para determinar la lámina de riego son; la humedad aprovechable del suelo y relacionados con la planta, una de ellas es la profundidad radicular (Pr) del cultivo. El prodecimiento analítico para deducir el modelo que se utiliza para determinar la cantidad de agua que se debe aplicar durante un riego se obtiene a realizar el siguiente análisis.

95

Figura 41. Representación Esquemática para Deducir la lamina de Riego. Si se considera que se dispone de un depósito que contiene suelo y agua (Figura 41), en esta figura se representa una proporción hipotética de la lámina de agua que se aplica a una profundidad determinada, de acuerdo a sus características se tiene que: Vt = D3

......................................................................................... 67

Vw = D2 d

................................................................................……. 68

Donde: Vt = Volumen total. Vw = Volumen de agua. D = Distancias. Pr = Profundidad radicular. d = Lámina de agua. Si consideramos que el porcentaje de humedad en base a volumen, es igual a:

V w   x 100 Pv   Vt 

........................................................................................ 69

Al sustituir el valor correspondiente en cada una de las variables se tiene:

 D2 d  Pv   3  x 100  D   d Pv   D

  x 100 

........................................................................................ 70

96 Por otro lado, se sabe que el contenido de humedad en base a volumen es igual a:

 Da   Pv  ( P w)   Dw  Donde:

........................................................................................ 71

Pw = Contenido de humedad en base a peso de suelo seco. Da = Densidad aparente del suelo. gr/cm3 Dw = Densiadad del agua (igual a 1 gr/cm3) Si se iguala el porcentaje de humedad y el contenido de humedad en base a volumen se tiene que: Da Pw x  Da  d d Dw ..................................................... 72      x 100  ( P w)  100 D D w D     1

d Pw x Da  D D w x 100 d

( P w) ( Da) (Pr) 100 x Dw

....................................................................... 73

Dado que Dw = 1 gr/cm3, entonces la ecuación de la lamina de riego sera igual a:

d

( P w) ( Da) (Pr) 100

......................................................................... 74

Donde: d = Lamina de agua en cm. Humedad Aprovechable. Es la humedad contenida entre la Capacidad de Campo (CC) y el Punto de Marchitez Permanente (PMP), es decir cuando el suelo se encuentra a capacidad de campo el contenido de humedad equivale al 100 %, si el contenido de humedad es el equivalente al 0 % el suelo se encuentre a Punto de Marchitez Permanente, esta humedad es la mas importante ya que es el agua utilizada por las plantas que se cultivan o se desarrollan bajo condiciones de riego. Cuando la humedad aprovechable es consumida por las plantas o se evapora del suelo empieza a disminuir la cantidad de humedad, a ésta perdida de agua se le llama abatimiento de la humedad aprovechable.

97 Ambas parámetros se determinan al aplicar las ecuaciones 66 y 67, estos modelos consideran las características de suelo y planta estas son capacidad de campo, punto de marchitez, densidad aparente y la profundidad radicular y se indica por:

(CC  PMP ) ( D a) (Pr) 100 Donde: H A

.......................................................................... 75

HA = Humedad aprovechable, cm CC = Capacidad de campo, en % PMP= Punto de marchitez permanente, en % Da = Densidad aparente. grIcm3 Pr = Profundidad radicular,cm Lámina de riego es equivalente a la humedad Aprovechable, si la humedad del suelo se encuentra en el Punto de Marchitez Permanente. Cuando se consume o se pierde cierta cantidad de agua en el suelo, se dice que el suelo presenta un abatimiento de la humedad que es el equivalente a la lamina

(CC  P w) ( D a) (Pr) ....................................................................... 76 100 de riego y se determina al aplicar la siguiente ecuación: Donde: A H A

AHA = Abatimiento de la humedad Aprovechable. cm Pw = Contenido de humedad en ese momento. en % Para poder comprender cada uno de los parámetros de la humedad aprovechable, el abatimiento permisible y la humedad disponible, se puede lograr representando en forma gráfica su comportamiento como se observa en la figura 42 al graficar los datos proporcionados en el cuadro 14. Cuadro 14. Datos para Representar las Curvas de Capacidad de Camp (Punto de Marchitez Permanente y el Abatimiento de Humedad del Suelo. Profundidad Capacidad de Punto de Marchitez Contenido de Radicular en cm. Campo (CC) en % Permanente. (PMP) Humedad Pw % % 0-20 30 15 16 20 – 40 27 14 17 40 – 60 26 13 20 60 – 80 29 14 22 80 – 100 24 15 28 80 – 100 24 15 28

98

Figura 42. Comportamiento de las Curvas de Capacidad de Campo, Punto de Marchitez Permanente y el Abatimiento de la Humedad Aprovechable. La aplicación del agua de riego se realiza para recuperar el nivel de humedad que tiene el suelo en ese momento para lIevarlo de nuevo a su Capacidad de Campo, y recuperar el nivel que se ha utilizado por la planta o perdido por evaporación, esta cantidad de agua se conoce como la lámina de riego que se requiere y que depende del abatimiento de la humedad aprovechable. Cuando se realiza la aplicacion del agua de riego a los cultivos no todo el agua queda almacenada en el suelo, debido a que parte se pierde por infiltración, evaporación, y otros, por lo tanto, es necesario calcular la eficiencia con que es aplicada, para ello se aplica el siguiente modelo.

Ea

Lr cc x 100 Lrt

........................................................................................... 77

Donde: Ea = Eficiencia de aplicación. % Lrcc = Lámina de riego a Capacidad de Campo. cm Lrt = Lámina de riego total. Cm Una vez que se conoce el uso consultivo (UC) diario del cultivo, se determina la frecuencia con que se debe aplicar el agua, esto se llama frecuencia de riegos y se calcula por la ecuación que indica a continuación:

99

Fr 

Lr cc x100 Uc

......................................................................................... 78

Donde: Fr = Frecuencia de riego. día UC= Uso consuntivo diario del cultivo. Cm Para ejemplificar el procedimiento de cómo determinar las diferentes variables que se utilizan en la aplicación del agua de riego, se utilizo una area en la región sur del Estado de Nuevo León, en esta zona se decidio aplicar una lámina de riego para un cultivo de alfalfa con 45 días de nacida, el análisis de suelo reporta una Capacidad de Campo de 34 %, el Punto de Marchitez Permanente de 16%, y una Densidad Aparente de 1.3 gr/cm3, el muestreo de humedad reporto un contenido de humedad (Pw) del 22%, si se considera una profundidad de 60 cm, de la zona radicular, se quiere saber lo siguiente: 1.- Que volumen de agua, suelo y aire se tiene en una hectarea a esa profundidad 2.- Que lamina de riego (neta) necesita el cultivo para llevar el suelo a Capacidad de Campo. 3.- Cual sera la lamina de riego total (Lrt), si se quiere una eficiencia de aplicación del 80%. 4.- Cual sera la frecuencia de riego (Fr), si el cultivo consume 0.65 cm/dia. 5.- Cual sera la humedad aprovechable del suelo a esa profundidad radicular. Solucion: 1.- Vt = A x Pr

…………………………………………………… 79

Vt = 10000 m2 x 0.60 m Vt = 6000 m3 2.- Lrcc = (CC – PW) x Da x Pr

.................................................................... 80

Lrcc = (34 – 22) x 1.3 gr/cm3 x 0.60 Lrcc = 9.36 cm

3. E a 

Lrcc x100 Lrt

L rt 

Lrcc x100 Ea

L rt 

9.36 x100 80

100 Lrt = 11.7 cm

4. F r  Fr 

Lrcc x100 UC

9.36 cm x100 0.65 cm / dia

Fr = 14 dias

5.  H A 

(CC  PMP) ( D a) (Pr) 100

(34  16) (1.3 gr / cm 3 ) (60 cm) H A 100 HA = 14.04 cm Abat=HC/HA HC=Lr

HC

(CC  Pw) ( D a) (Pr) 100

101

RELACION - SUELO – PLANTA - ATMOSFERA

102

FLUJO DE AGUA EN LA ATMÓSFERA. La respuesta que presentan las plantas a los diferentes climas del mundo es muy variado, aun asi existe una estrecha relacion entre la demanda hídrica del cultivo y el clima, por ello es muy importante comprender los principales factores que tienen una mayor influencia en la relación Agua - Clima -Planta – Atmosfera; por lo que para poder iniciar este análisis es necesario considerar que el agua se pierde del suelo básicamente por dos procesos, estos son: TRANSPIRACIÓN. Este proceso define a la perdida de agua que ocurre en el suelo una vez que es absorbida por el sistema radicular de los cultivos y que posteriormente se elimina directamente a través de toda la constitución de la planta dentro principalmente a sus tallos y hojas. EVAPORACIÓN. La evaporación considera a la perdida de agua que ocurre directamente del suelo a la atmósfera por la acción de la temperatura provocada por la radiación solar, este fenómeno afecta el contenido de humedad en los primeros 20 centímetros de profundidad, este proceso también ocurre en algunas ocaciones cuando el agua encuentra en el follaje de las plantas, sin embargo, esta se considera despreciable ya que sus cantidades son minimas. EVAPOTRANSPIRACION La combinación de los procesos de transpiración y evaporación son factores que engloban a la cantidad de agua que se pierde a través de la planta, la que se ecuentra en el follaje y la que ocurre directamente del suelo, a este fenómeno se le denomina evapotranspiración (ET), el agua perdida por este proceso se abastece por la humedad existente del suelo, asi mismo existen otras perdidas de agua durante el riégo y que son necesarias para mantener el suelo en equilibrio al permitir el lavado de sales que encuentran en exceso en el.suelo, mientras que otras son innecesarias y que se deben evitar para lograr optimizar el uso del agua, dado lo anterior la Evapotranspiración es igual a: ET = Evaporación + Transpiración.

.................................................... 81

La evapotranspiración es analizada desde dos puntos de vista, estos son:  

Evapotranspiración Potencial. Evapotranspiración Real.

La evapotranspiración Potencial (ETP). Este parámetro define a la suma de las cantidades de agua que se pierden del suelo por evaporación y transpiración de un cultivo verde de cobertura total y que tiene agua a su maxima disponibilidad. Es

103 una funcion del tiempo, tiene un comportamiento lineal (figura 43). La evapotranspiración Real (ETR). Este tipo de evapotranspíración considera a la suma de las cantidades de agua que se pierden del suelo por evaporación y transpiración de un cultivo bajo condiciones especificas de humedad del suelo, cubierta vegetal y clima, dado lo anterior el comportamiento de este fenómeno se observa en la Figura 43.

Figura 43. Comportamiento de la Evapotranspiracion Potrncial y la Evapotranspiracion Real en funcion del tiempo. FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPOTRANSPIRACIÓN Los factores que tienen una mayor influencia en la estimacion de este fenómeno son; el Clima, Suelo, Planta y Causados por el Hombre Clima. En este factor están involucrados la temperatura, el viento y la humedad relativa como las principales agentes que intervienen en la Evapotranspiracion como se observa en las siguiente consideraciones: 

Cuando existe un incremento en la temperatura, existe un incremento de la Evapotranspiración (>Temperatura > ET), este factor influye en la velocidad con que se difunde el vapor de agua de las hojas través de las estomas.



Cuando existe un aumento de la velocidad del viento, ocasiona un incremento de la evapotranspiración (> Vel. Viento > ET), pero el efecto del viento depende de las condiciones ambientales que existen en ese momento, al existir esta situación se provoca una mayor transpiración por la humedad existente.



Si la humedad relativa aumenta disminuye de la Evapotranspiración (> Humedad relativa < ET), se presenta cuando la presión de vapor es mayor, ocasionando que la transpiración tiende a ser lenta debido a que los estomas

104 se cierran, si se abren, la difusión de agua depende del vapor de agua. Suelo. Los principales factores del suelo que tienen una marcada influencia sobre la evapotranspiración son el contenido de humedad, la textura y la estructura. 

El contenido de humedad del suelo es uno de los parámetros mas importantes ya que dependiendo del nivel que exista dependerá la evapotranspiración que ocurra, por lo tanto, cuando el contenido de humedad en el suelo es alto mayor es la evapotranspiración (>Contenido de húmedad > ET).



Cuando existe un suelo con optimas características de almacenamiento de agua, se dispone de un amplio rango de humedad disponible, esto ocasiona una mayor evapotranspiración (> Humedad disponible > ET).

Planta. Al analizar la anatomia de las plantas se observa que algunas de sus partes afectan directamente el grado de evapotranspiración, por ejemplo la profundidad del sistema radicular ya que si la capacidad de absorción es alta, se tendra una mayor evapotranspiración (> Mayor absorción > ET). Causados por el Hombre. En este aspecto se consideran todas las actividades técnicas donde interviene el hombre y que ocasionan un comportamiento diferente de la evapotranspiraión, estos son:      

Selección de variedades. Fecha de siembra. Densidades de población. Manejo del Agua. Sistema de riego. Frecuencias de riego y otras.

A travez de diversos estudios se ha concluido que todos los factores que han sido analizados influyen en la magnitud y comportamiento de la evapotranspiracion de las plantas, que se define como la cantidad de agua que es necesario suministrar al cultivo durante su desarrollo para que se utilice en la construcción y formación de tejidos de las plantas, durante el proceso de transpiración y evaporación ocurrida en el suelo durante el ciclo de cultivo. MÉTODOS PARA ESTIMAR LA EVAPOTRANSPIRACIÓN Los metodos que existen para determinar la evapotranspiracion de un cultivo son clasificados en dos grandes grupos, estos son: los Métodos Directos y Métodos Indirectos (Empíricos). Métodos Directos. Estos métodos permiten obtener en forma directa la cantidad de agua que es utilizada por el cultivo, para determinarla es necesario disponer de

105 aparatos y equipos de fácil construcción y operación, entre estos se encuentran los lisimetros de pesada y los muestreos de humedad. Lisimetros de Pesada. Actualmente estos equipos son fabricados de diferentes tipos pero los mas utilizados son los gravimétrico y volumétrico, para su instalación se requiere realizar una pequeña excavación en el campo donde se efectuara la prueba, su tamaño depende del tipo de lisímetro que se utilice y de los recursos económicos disponibles. El lisimetro esta compuesto por un estructura de lámina galvanizada, este equipo forma un depósito o pequeña área que es utilizada para colocar el suelo que sera empleado para la siembra del cultivo a investigar, es importante mencionar que el suelo y cultivo deben ser representativos de la región que se encuentre en estudio, es decir las características físicas y las propiedades de los parámetros de campo deben ser aproximadamente las mismas de la region, estas son, la Capacidad de Campo, Punto de Marchitez Permanente, Densidad Aparente y otros.

Figura 44. Lisímetros de Pesada. En la parte inferior de la estructura se coloca una balanza analítica que se utiliza para conocer el peso total del equipo y su variación durante la etapa de estudio, las caracterisricas del equipo se observan en la Figura 44. Para determinar la evapotranspiración, es necesario pesar directamente todo el equipo en su conjunto, es decir el suelo, planta, agua y estructura, conocido lo anterior y por diferencias de pesos se obtiene la humedad que se ha consumido

106 durante cierto periodo de tiempo, para realizar esta determinación existen equipos muy sencillos que permiten obtener este tipo de información hasta equipos con un control automático del sistema. Para poder conocer la evapotranpiracion que se tiene al utilizar los lisimetros de pesada o gravimetricos es necesario aplicar el siguiente modelo:

( P) ( A) Dw Donde: ET 

........................................................................................ 82

ET = Evapotranspiracion  P = Diferencia de pesadas A = Area Dw = Densidad del agua Por otro lado, cuando se desea determinar la evapotranspiración por medio de los lisimetros volumétricos, esta se obtiene por la ecuación que se indica enseguida: ET = P – (Ve – Vi – VL +  VG +  VT)

.............................................................. 83

Donde: Et= Evapotranspiracion P= Precipitacion Ve = Volumen de escurimiento Vi = Volumen de infiltracion VL = V olumen de lavado VG = Cambio de volumen de agua en el nivel freatico VT = Cambio de volumen del suelo A pesar de ser equipos ampliamente utilizados, es importante mencionar que las principales limitantes que se tienen cuando se utilizan los lisimetros son: 

Que sus lecturas pueden ser afectadas por aparatos meteorologicos cercanos o por la presencia de arboles.  Se alteran las condiciones de suelo.  Se producen desarrollo anormal de raices y su elevado costo, pero a pesar de ello, es de los metodos más precisos para estimar la evapotranspiracion. Muestreos de humedad. Este metodo se basa principalmente en efectuar mediciones periodicas de la humedad del suelo, las mediciones son registradas en cada uno de los muestreos que se realizan a traves del ciclo vegetativo del cultivo, una vez que se conocon las diferencias del contenido de humedad, la dendidad aparente del suelo y la profundidad radicular, es posible determinar la humedad consumida o lamina de agua que ha sido utilizada durante un determinado periodo de tiempo.

107 Al sumar la totalidad de las láminas consumidas durante los diversos intervalos o periodos de tiempo es posible determinar la evapotranspiracion, el muestreo de humedad se realiza de acuerdo a la profundidad seleccionada y de acuedo al sistema radicular del cultivo. El muestreo de humedad puede llevarse a cabo antes de cada riego y / o después de 3 o 4 días de haber efectuado la aplicación del agua, posteriormente es necesario realizar de 2 a 3 muestreos entre riego para observar el comportamiento del nivel de humedad del s nomento de volver a regar. Con el fin de ejemplificar el procedimiento para determinar la Evapotranspiración de un cultivo directamente en el campo utilizando la técnica del muestreo de humedad considere que se obtubo la siguiente información: Cultivo = Trigo Intervalo de muestreo = 15 días Densidad aparente = 1.3 gr/cm3 Profundidad radicular = 1.0 m Primer muestreo PW 1 = 20 % Segundo muestreo Pw2 = 10 % Determinación de la Humedad Consumida. HC

( P w1  Pw2 ) ( Da) (Pr) 100

HC

(20 10) (1.3) (100) 100

............................................................................ 84

HC = 13 cm Determinación de la Evapotranspiración.

ET 

HC I M

.................................................................................... 85

Donde: ET = Evapotranspiración en, cm/día. HC = Humedad consumida, cm. I M = Intervalo de Muestreo, días

ET 

13 cm 15 dias

ET = 0.86 cm/dia

108 Es importante aclarar que esta evapotranspiración ocurre diariamente durante los primeros 15 días de establecido, por lo tanto, para conocer la cantidad total que se tiene, se debe continuar con los muestreos de humedad en los intervalos que se deseen durante todo el ciclo de cultivo. Método Indirecto (Empírico). Los métodos que se utilizan para determinar la evapotranspiración (ET) en forma indirecta requieren para poderlo realizar la obtención de información de campo y la aplicacion de fórmulas empíricas que permiten obtener los consumos del agua a traves del ciclo vegetativo de la planta, dentro de estos se tienen a los métodos de Correlaciones por evapotraspiracion libre y Correlaciones por temperatura. Correlación por Evaporación Libre. Este metodo de correlación consiste en medir la evaporación en una superficie de agua, esta medida se realiza en un equipo denominado tanque evaporimetro como se observa en la figura 45, este equipo integra la mayoria de los efectos que intervienen por los factores meteorológicos que influyen en la evapotranspiración (ET) y fue uno de los primeros métodos que se utilizaron para estimar la (ETP).

Figura 45. Tanque Evaporímetro tipo A del Servicio de Conservación de suelos de los Estados Unidos. Para realizar estas correlaciones se utiliza un tanque evaporimetro tipo °A” como el que se indica en la Figura 45, éste equipo consta de un depósito de forma circular o tina donde es almacenada el agua, el nivel o profundidad del agua varía de 15 a 20 cm, por otro lado, el tanque debe reunir ciertas características basicas como son diámetro, color y profundidad. El equipo utiliza la evaporación medida del tanque y las mediciones de la evapotranspiración de un cultivo perenne (pasto), ademas es importante que dichas correlaciones sufran diversos cambios de acuerdo a las épocas del año.

109

Pennman en una serie de investigaciones sobre el tanque evaporimetro encontró una correlación de 0.6 para los meses de noviembre, diciembre, enero y febrero, de 0.7 para los meses de marzo, abril, septiembre y de 0.8 para los meses de mayo, junio, julio y agosto, en estos estudios utilizó un pasto como cultivo de referencia y el siguiente modelo.

F 

ET Ev

................................................................................................. 86

Donde: F = Coeficiente de correlacion ET = Evapotranspiracion del cultivo Ev = Evaporacion del tanque Correlación por Temperatura. La mayoría de los métodos por temperatura que se utilizan para determinar la Evapotranspiración son netamente empíricos ya que han sido desarrollados bajo especificas muy bien definidas entre regiones, sin embargo, aun cuando los datos de temperatura son la base no siempre se puden emplear ya algunas veces no se encuentran a disposición. Dentro de los metodos principales que permiten obtener la Evapotranspiración basándose principalmente en los datos de temperatura se tienen los siguientes; El metodo de Thornthwaite, Blanney y Criddle, Grassi y Chistiansen y Curva Única de Hansen. Existen algunos otros metodos para determinar la Evapotranspiración como el de Pennman Moneit, Turk que no son analizados en este capitulo por considerar que para su empleo se requiere de conocimientos más avanzados sobre este tema que Ie permitan manejar adecuadamente la información. Metodo de Thornthwaite. Este método se basa principalmente para determinar la evapotranspiración en la utilizancion de los datos de temperatura mesuales y la latitud del lugar debido a que se constituye como un buen índice de energía en ese sitio, el método tiene la ventaja de que los datos que utilizan para el calculo de la Evapotranspiración son faciles de obtener, además puede ser muy utilizado en zonas húmedas con vegetación abundante, donde es posible obtener resultados aceptables.

 10 T  E T 1.6    I 

a

.................................................................................... 87

Para conocer la Evapotranspiración es necesario aplicar el modelo siguiente. Donde: ET = Evapotranspiración mensual. cm T = Temperatura media mensual °C

110 I = Indice anual de calor a = Coeficiente que depende del lugar y esta en función del índice de calor. Para determinar el valor del índice anual de calor se aplica el modelo señalado en la ecuación 63.

T  I    1  5 12

1.514

......................................................................................... 88

Por otro lado, para conocer el valor del coeficiente del lugar se aplica la ecuación que se indica enseguida: a = (6.75 x 10-7 x (I)3 )– (7.71 x 10-5 x (I)2 )+ (0.0179 x (I)) + 0.4924 ………….89 a la vez si se desea determinar la evapotranspiración total esta será igual a: 12

ET t   ET

........................................................................................... 90

1

Finalmente para determinar la evapotranspiración de un cultivo, es necesario tomar los valores que corresponden a los meses en que esta comprendido el ciclo vegetativo, lo anterior se lleva a cabo una vez que se realizó el ajuste de acuerdo a la duración de horas (30 días de 12 hrs) para lo cual se utiliza la información que se presenta en el Cuadro 15. Una forma de ejemplificar el manejo de la información que se utiliza en el cálculo de la evapotranspiración de un cultivo por el método de Thornthwaite, considere que sé desea determinar la cantidad de agua que consume el cultivo de trigo en la región de Buenavista Coah, para ello se dispone de la siguiente información. Latitud Norte = 25° 22' Cultivo = Trigo Variedad = Pavón Fecha de siembra = 20 de noviembre Fecha de cosecha = 20 de marzo Datos de temperatura medias mensuales por un periodo de 20 años.

111 Cuadro 15. Duración Promedio Posible del Fotoperíodo d. emisferios Norte y Sur Expresado en Unidades de 30 días de 12 horas. Lat N 0 6 10 15 20 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Lat S 5 10 15 20 25 30 35 40 42 44 46 48 50

E

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

1.04 1.02 1.00 0.97 0.95 0.93 0.92 0.92 0.91 0.91 0.90 0.90 0.89 0.88 0.88 0.87 0.87 0.86 0.85 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81 0.81 0.80 0.79 077 0.76 0.75 0.74

0.94 0.93 0.91 0.91 0.90 0.89 0.88 0.88 0.88 0.87 0.87 0.87 0.86 0.86 0.85 0.85 0.85 0.84 0.84 0.84 0.83 0.83 0.83 0.82 0.82 0.81 0.81 0.80 0.80 0.79 0.78

1.04 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02

1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.06 1.07 1.07 1.07 1.08 1.08 1.08 1.09 1.09 1.09 1.10 1.10 1.10 1.11 1.11 1.11 1.12 1.12 1.13 1.13 1.13 1.14 1.14 1.14 1.15

1.04 1.06 1.08 1.11 1.13 1.15 1.15 1.16 1.16 1.17 1.17 1.18 1.19 1.19 1.20 1.21 1.21 1.22 1.23 1.23 1.24 1.25 1.26 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31 1.32 1.33

1.01 1.03 1.06 1.08 1.11 1.14 1.15 1.15 1.16 1.16 1.20 1.18 1.19 1.20 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 1.24 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.29 1.31 1.32 1.33 1.34 1.36

1.04 1.06 1.08 1.12 1.14 1.17 1.17 1.18 1.18 1.19 1.14 1.20 1.12 1.22 1.22 1.23 1.24 1.25 1.25 1.26 1.27 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31 1.32 1.33 1.34 1.35 1.37

1.04 1.05 1.07 1.08 1.11 1.12 1.12 1.13 1.13 1.13 1.03 1.14 1.15 1.15 1.16 1.16 1.16 1.17 1.17 1.18 1.18 1.19 1.19 1.20 1.20 1.21 1.22 1.22 1.23 1.24 1.25

1.01 1.01 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.03 0.98 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.04 1.05 1.05 1.06

1.04 1.03 1.02 1.01 1.00 0.99 0.99 0.99 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.96 0.96 0.96 0.96 0.95 0.95 0.95 0.94 0.94 0.93 0.93 0.93 0.92

1.01 0.99 0.98 0.95 0.93 0.91 0.91 0.90 0.90 0.90 0.89 0.89 0.88 0.88 0.87 0.86 0.86 0.85 0.84 0.84 0.83 0.82 0.82 0.81 0.80 0.79 0.79 0.78 0.77 0.76 0.76

1.04 1.02 0.99 0.97 0.94 0.91 0.91 0.90 0.90 0.89 0.88 0.88 0.87 0.86 0.86 0.85 0.84 0.83 0.83 0.82 0.81 0.80 0.79 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72 0.71 0.70

1.06 1.08 1.12 1.14 1.17 1.20 1.23 1.27 1.28 1.30 1.32 1.34 1.37

0.95 0.97 0.98 1.00 1.01 1.03 1.04 1.06 1.07 1.08 1.10 1.11 1.12

1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.92 0.91 0.90 0.89

1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.92 0.91 0.90 0.89

1.02 1.01 0.98 0.96 0.94 0.92 0.89 0.86 0.85 0.83 0.82 0.80 0.77

0.99 0.96 0.94 0.91 0.88 0.85 0.82 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70 0.67

1.02 1.00 0.97 0.95 0.93 0.90 0.87 0.84 0.82 0.81 0.79 0.76 0.74

1.03 1.01 1.00 0.99 0.98 0.96 0.94 0.92 0.92 0.91 0.90 0.89 0.88

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 0.99 0.99 0.99

1.05 1.06 1.07 1.08 1.10 1.12 1.13 1.15 1.16 1.17 1.17 1.18 1.19

1.03 1.05 1.07 1.09 1.11 1.14 1.17 1.20 1.22 1.23 1.25 1.27 1.29

1.06 1.10 1.12 1.15 1.18 1.21 1.25 1.29 1.31 1.33 1.35 1.37 1.41

112

Cuadro 16. Concentración de Datos para el calculo de la evapotranspiración por el Método de Thornhwaite. Mes Temp. I= ET= Fact de fotop. Evapotrans Media ° C (T/5)1.514 1.6(10T/I)a Correc x Latit. Corregida cm Cm Enero 10 2.856 2.5099 0.926 2.324 Febrero 11 3.299 2.9573 0.886 2.620 Marzo 15 5.277 5.0433 1.030 5.194 Abril 19 7.547 7.5753 1.060 8.029 Mayo 20 8.157 8.2744 1.150 9.515 Junio 21 8.782 8.9992 1.144 10.295 Julio 21 8.782 8.9992 1.170 10.529 Agosto 22 9.423 9.7493 1.120 10.919 Septiembre 18 6.954 6.9022 1.020 7.040 Octubre 17 6.378 6.2556 0.990 9.193 Noviembre 15 5.277 5.0433 0.910 4.589 Diciembre 13 4.249 3.9424 0.910 3.588 Sumas I = 76.981 71.208 80.835

T  I   5

1.514

 10    5

1.514

 2.856

CaIculo del coeficiente" a " a = [6.75 x (10)-7 (76.98)3 ]-[7.71 x (10)-5 (76.98)2 ]+ [0.0179 (76.98)] + 0.492 a = [6.75 x (10)–7 (456177.35)] –[7.71 x (10)-5 (5925.92)] + [0.0179 (76.98)] + 4924 a = 0.3079197 - 0.4568884 + 1.37794+ 0.4924 a = 1.721 1.721

 (10) (10)   10 T   E T 1.6   1.6  76 . 981  I    a

ETc = ET x Fc

 2.5099

113 ETc = 2.5099 x 0.926 ETc = 2.324 Una vez realizado el calculo de la evapotranspiracion corregida por este metodo para el cultivo de trigo, es necesario determinar cual le corresponde de acuerdo a su ciclo vegetativo, para ello se toman en cuenta las fechas de siembra y cosecha considerando solamente la evapotranspiración de los meses involucrados por lo que se debe ajustár de acuerdo a los días efectivos de establecimiento, para este caso se tiene: Cuadro 17. Concentración de Datos de la Evapotranspiración por Método de Thornhwaite. Meses del ciclo ET Calculada cm Dias Evapo. Aj. cm Noviembre 4.589 10 1.530 Diciembre 3.588 31 3.708 Enero 2.324 31 2.401 Febrero 2.620 28 2.620 Marzo 5.194 20 3.463 18.315 13.722 Para ajustar los cálculos de la evapotranspiración estos se realizan con base a unidades de treinta dias a excepción del mes de febrero que se considera de 28 días como se indica enseguida. 4.589 -------------30 x -------------10 x = 1.530 Observando el valor calculado por este método resulta que es muy bajo, por lo tanto, este metodo no debe ser aplicable a las regiones de zonas áridas, con base a los resultados obtenidos es mejor utilizar cualquier otro método que permita estimar mas en forma optima la evapotranspiración como es el de Blanney Criddle; El de Turck – modificado y otros debido a que estos metodos se adaptan mejor a este tipo de regiones.

Metodo de Blanney - Criddle. Estos grandes investigadores continuaron con los trabajos para determinar la evepotranspiración de los cultivos, estos científicos lograron perfeccionar su modelo propuesto sobre todo en la región Oeste de los Estados Unidos, la region se caracteriza por presentar condiciones principalmente de zonas áridas y semi – áridas, de acuerdo a los antecedentes que existen sobre este tipo de estudios se menciona que se iniciaron basicamente en el Estado de

114 Arizona, es por esta razon que el método propuesto se utiliza mucho en nuestro país ya que se dispone de una gran superficie con las mismas carateristicas.

Basándose en lo anterior, se explica porque este metodo es muy utilizado en México ya que existen grandes extensiones que presentan características muy similares, al lugar donde fue desarrollado, contando con aproximadamente el 67% que se localizan en el norte del país y presenta la ventaja que los datos que utiliza para conocer la evapotranspiración son fáciles de obtener sin utilizar equipos especiales. Cuadro 18. Valores del Porcentaje de Horas Luz (P) de Acuerdo a la latitud y Mes Lat E F M A M J J A S O N D N 15° 7.94 7.37 8.44 8.45 8.98 8.80 9.03 8.83 8.27 8.26 7.75 7.88 16° 7.93 7.35 8.44 8.46 9.01 8.83 9.07 8.85 8.27 8.24 7.72 7.83 17° 7.86 7.23 8.43 8.48 9.04 8.87 9.11 8.87 8.27 8.22 7.69 7.80 18° 7.83 7.30 8.42 8.50 9.09 8.92 9.16 8.90 8.27 8.21 7.66 7.74 19° 7.79 7.28 8.41 8.51 9.11 8.97 9.20 8.92 8.28 8.19 7.63 7.71 20° 7.74 7.26 8.41 8.53 9.14 9.00 9.23 8.95 8.29 8.17 7.59 7.66 21° 7.71 7.24 8.40 8.54 9.18 9.05 9.29 8.98 8.29 8.15 7.54 7.62 22° 7.66 7.21 8.40 8.56 9.92 9.09 9.33 9.00 8.30 8.13 7.50 7.55 23° 7.62 7.19 8.40 8.57 9.24 9.12 9.35 9.02 8.30 8.11 7.47 7.50 24° 7.58 7.17 8.40 8.60 9.30 9.20 9.41 9.05 8.31 8.09 7.43 7.46 25° 7.53 7.13 8.30 8.61 9.32 9.22 9.43 9.08 8.30 8.08 7.40 7.41 26° 7.49 7.12 8.40 8.64 9.38 9.30 9.49 9.10 8.31 8.06 7.36 7.35 27° 7.43 7.09 8.38 8.65 9.40 9.32 9.52 9.13 8.32 8.03 7.36 7.31 28° 7.40 7.07 8.30 9.68 9.46 9.38 9.58 9.16 8.32 8.02 7.22 7.27 29° 7.35 7.04 8.37 8.70 9.49 9.43 9.61 9.19 8.32 8.00 7.24 7.20 30° 7.30 7.03 8.38 8.27 9.53 9.49 9.67 9.22 8.34 7.99 7.19 7.14 31° 7.25 7.00 8.36 8.73 9.57 9.54 9.72 9.24 8.33 7.95 7.15 7.09 32° 7.20 6.97 8.37 8.75 9.63 9.60 9.77 9.38 8.34 7.95 7.11 7.05 Los factores más importantes que intervienen para el calculo del uso consuntivo o Evapotranspiración por el metodo de Blanny y Cridlle son, la temperatura media mensual y el porcentaje de horas luz, el factor de temperatura es obtenido de la estación meteorológica mas cercana que se encuentre en la region, los valores del porcentaje (%) de horas luz se obtienen del Cuadro 18, y por ultimo el coeficiente de cultivo se toma de los datos proporcionados en el Cuadro 14, realizado lo anterior se aplica el modelo que se indica a continuación. ET = K x F Donde:

……………………………………………………………. 91

115

K = Coeficiente de ajuste que depende del cultivo y otros. F = Factores climáticos para un período dado. El coeficiente de ajuste" K " es una constante que varía en función del de desarrollo del cultivo, este factor permite determinar la Evapotranspiración en periodos estacionales o globales de acuerdo a como se desee, como de menciono anteriormente el factor de ajuste que utiliza este método se muestra en el Cuadro 19, en el se indican los coeficientes globales que se emplean en diversos cultivos, ademas se observa en la tabla que los valores pequeños se utilizan para regiones húmedas y semi – húmedas y los mayores para las zonas áridas y semi - áridas. Cuadro 19. Coeficientes globales (Kg) para usarse en el modelo de Blanney y Criddle. Cultivo Reg. Hum y Sub Humedas Reg. Ari. y Sem-Aridas Maíz 0.75 0.85 Trigo 0.75 0.75 Algodón 0.60 0.65 Sorgo 0.70 0.70 Cartámo 0.57 0.57 Soya 0.80 0.80 Arroz 1.00 1.20 Frijol 0.60 0.70 Ajonjolí 0.70 0.75 Garbanzo 0.60 0.70 Cebada 0.75 0.75 Jitomate (vara) 0.70 0.70 Linaza 0.75 0.75 Chile 0.70 0.75 Papa 0.65 0.75 Cacahuate 0.61 0.61 Cucurbitacea 0.70 0.70 Caña 0.75 0.85 Alfalfa 0.80 0.85 Pasto 0.75 0.75 Vid 0.70 0.65 Cítricos 0.50 0.65 Frutales de hoja caduca 0.70 0.70 Frutales de hoja perene 0.70 0.70 Por otra parte, cuando no se tiene disponible el factor de ajuste del cultivo, este se

Uc .................................................................................................... 92 F puede obtener aplicando la siguiente ecuación: Donde: K c

116

Uc = Son valores de la curva de desarrollo del cultivo (cuadro 26). El valor de la variable (F) que indica los factores climáticos, se conoce al aplicar la ecuación que se indica a continuacion, esta contempla el ciclo vegetativo del cultivo y ademas para conocer el total esta suma todos los valores mensuales.

F  i f n

..................................................................................................... 93

Donde: f = Factor climático mensual. Cuadro 20. Valores de la expresion (T + 17.8 /21.8), con relacion a las temperaturas medias e °C para usarse en el modelo de Blanney y Criddle. Temp 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 0.954 0.956 0.963 0.968 0.972 0.977 0.982 0.986 0.991 0.995 4 1.000 1.005 1.009 1.014 1.018 1.023 1.028 1.032 1.077 0.041 5 1.046 1.051 1.055 1.060 1.064 1.069 1.074 1.076 1.083 1.087 6 1.092 1.097 1.101 1.106 1.110 1.115 1.120 1.124 1.129 1.133 7 1.138 1.143 1.147 1.152 1.156 1.161 1.166 1.170 1.175 1.179 8 1.184 1.186 1.193 1.198 1.202 1.207 1.212 1.216 1.221 1.225 9 1.230 1.235 1.239 1.244 1.248 1.253 1.258 1.262 1.267 1.271 10 1.276 1.281 1.285 1.390 1.294 1.299 1.304 1.308 1.313 1.317 11 1.322 1.327 1.331 1.336 1.340 1.345 1.035 1.354 1.359 1.363 12 1.368 1.373 1.377 1.482 1.386 1.391 1.396 1.400 1.405 1.409 13 1.414 1.419 1.423 1.428 1.432 1.437 1.442 1.446 1.451 1.455 14 1.460 1.465 1.469 1.475 1.478 1.483 1.448 1.492 1.497 1.501 15 1.506 1.511 1.515 1.520 1.524 1.529 1.534 1.538 1.543 1.547 16 1.552 1.557 1.651 1.566 1.570 1.575 1.580 1.584 1.589 1.595 17 1.598 1.603 1.607 1.612 1.616 1.621 1.626 1.630 1.635 1.639 18 1.644 1.649 1.643 1.662 1.667 1.672 1.676 1.681 1.681 1.685 19 1.690 1.695 1.699 1.704 1.708 1.713 1.718 1.722 1.727 1.731 20 1.736 1.741 1.745 1.750 1.754 1.759 1.764 1.768 1.773 1.777 21 1.782 1.787 1.791 1.796 1.800 1.805 1.810 1.814 1.819 1.823 22 1.826 1.833 1.837 1.842 1.846 1.851 1.856 1.860 1.685 1.869 23 1.877 1.879 1.883 1.888 1.892 1.897 1.902 1.906 1.911 1.915 24 1.920 1.925 1.929 1.934 1.938 1.943 1.948 1.952 1.957 1.961 25 1.966 1.971 1.975 1.980 1.984 1.989 1.994 1.998 2.003 2.007 26 2.012 2.017 2.021 2.026 2.030 2.035 2.040 2.044 2.049 2.053 27 2.058 2.063 2.067 2.072 2.076 2.081 2.086 2.090 2.095 2.099 28 2.104 2.019 2.113 2.118 2.122 2.127 2.132 2.136 2.141 2.145 29 2.150 2.155 2.159 2.164 2.168 2.173 2.178 2.182 2.187 2.191 30 2.196 2.201 2.205 2.210 2.214 2.219 2.224 2.228 2.233 2.237 31 2.242 2.247 2.251 2.356 2.260 2.265 2.270 2.274 2.279 2.283 32 2.288 2.293 2.297 2.302 2.306 2.311 2.316 2.320 2.325 2.329 33 2.334 2.339 2.343 2.348 2.352 2.357 2.362 2.366 2.371 2.375

117 34 35

2.380 2.385 2.389 2.394 2.398 2.403 2.408 2.412 2.417 2.421 2.426 2.431 2.431 2.436 2.440 2.445 2.450 2.454 2.459 2.463

El factor climático mensual se determina aplicando la ecuación siguiente:

 T  17.8  f  P   21.8 

........................................................................................ 94

Donde: P = Porcentaje de horas luz T = Temperatura media mensual. Es el porcentaje de horas luz (P), se obtiene en base a la latitud del lugar y mes al que corresponda tal como lo ha propuesto el Servicio de Conservacion de suelos de los Estados Unidos, este valor se indica en el cuadro 18, por lo tanto, el valor del valor climático (F) sera igual a: Donde:

 1.8 T  32  f  2.54  P  100 

............................................................................ 95

P = Porcentaje de horas luz T = Temperatura media mensual en °C La expresion del parentesis que se indica en la ecuación (X) utilizada para conocer el factor climático mensual se encuentra concentrada en el cuadro 20. Una forma de ejemplificar la metodología de calculo se sigue para determinar evapotranspiración por el método de Blanney - Criddle, considere que se dispone de la misma información utilizada en el Método de Tornhwaite para el cultivo de trigo en la región de Buenavista Coahulia localizada en el Sur del Estado. Cultivo = Trigo Variedad = Pavon Fecha de siembra = 20 de noviembre Fecha de cosecha = 20 de marzo Ciclo vegetativo = 120 dias Latitud norte = 25° 22´ Cuadro 21. Concentración de datos para el Cálculo Evapotranspiración por el Método de Blanney y Criddle. Meses Temp. Const. % hrs “f” “f“ “ Kg” “ ET” del ciclo Med. °C Cuad. 20 luz “P” Ajusta. Nov. 30 15 1.506 7.385 11.06 3.68 0.75 2.76

118 dias Dic 31 13 1.414 7.387 dias Enero 31 10 1.276 7.515 dias Febrero 11 1.322 7.126 28 dias Marzo 15 1.506 7.387 30 dias Sumas Si Comprobamos con la total queda: ET =K x F ET = (40.36) (0.75) = 30.26 cm.

10.39

10.39

0.75

7.79

9.54

9.54

0.75

7.15

9.37

9.37

0.75

7.03

11.07

7.38

0.75

5.53

40.36

30.26

Método de Grassi - Christianasen. Para determinar la Evapotranspiración de los cultivos estos investigadores continuaron trabajando con las mismas bases del método de Blanney y Criddle hasta conocer los valores del factor climático (F) pero estos autores propusieron como variantes el determinar y utilizar coeficientes periódicos (Km.) para cada mes durante su ciclo vegetativo en lugar de utilizar un coeficiente gobal ( Kg ) como lo habian utilizado por Blanney y Criddle. Los coeficientes periódicos (Km) propuestos para cada mes, se determinan de acuerdo al porcentaje del ciclo vegetativo del cultivo y a los valores del coeficiente global (Kg. ) empleados por el método de Blanny y Criddle durante todo su ciclo, para determinar los valores periódicos (Km) primero se grafica en un eje de coordenadas las curvas de desarrollo del cultivo, colocando primero en el eje de las “Y” los coeficientes globales (Kg) que se indican en el cuadro 16, de acuerdo al valor del coeficiente global considerado por Grassi y Christiansen. Cuadro 16. Coeficiente Periódicos de Uso Consuntivo en Funcion del ciclo Vegetativo de Acuerdo con Grassi y Christiansen. Cic. Veg Kg=0.35 Kg=0.40 Kg=0.45 Kg=0.50 Kg=0.55 Kg=0.60 Kg=65 % 10 0.158 0.181 0.204 0.226 0.249 0.272 0.294 20 0.255 0.292 0.328 0.365 0.401 0.438 0.474 30 0.333 0.380 0.428 0.425 0.523 0.751 0.618 40 0.391 0.447 0.503 0.559 0.615 0.671 0.727 50 0.430 0.492 0.553 0.615 0.676 0.738 0.799 60 0.450 0.514 0.578 0.643 0.771 0.836 0.836 70 0.450 0.515 0.579 0.643 0.708 0.772 0.837 80 0.431 0.493 0.555 0.616 0.678 0.740 0.801 90 0.393 0.450 0.406 0.562 0.618 0.674 0.731 100 0.336 0.384 0.432 0.480 0.528 0.576 0.624

119 Cic. Veg % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Kg=0.70 Kg=0.75 0.317 0.340 0.511 0.547 0.666 0.713 0.783 0.839 0.85 0.922 0.900 0.964 0.901 0.965 0.863 0.625 0.787 0.843 0.672 0.720

Kg=0.80 0.362 0.584 0.761 0.895 0.984 1.038 1.030 0.986 0.899 0.712

Kg=0.85 0.385 0.620 0.809 0.951 1.045 1.093 1.094 1.048 0.956 0.816

Kg=0.90 0.407 0.657 0.856 1.006 1.107 1.157 1.158 1.109 1.012 0.864

Kg=0.95 0.430 0.693 0.904 1.063 1.168 1.221 1.222 1.171 1.068 0.912



Enseguida se coloca en las abscisas el valor del ciclo vegetativo que comprende del 0 al 100 %, dando rangos de 10 en 10, posteriormente son graficados dichos puntos, al unir estos puntos por una linea para formar la curva de desarrollo correspondiente como se muestra en la Figura 46.



Una vez elaborada la curva de desarrollo, el ciclo vegetativo que comprende del (o a 100 %) se divide en partes iguales como meses dure el cultivo, es decir desde la fecha de siembra hasta la de cosecha para el ejemplo que se muestra en la Figura 46, considere que el ciclo vegetativo es de 5 meses lo que le corresponde a cada uno el 20% para cada mes.



Ubicada la información que se tiene se procede ha unir los puntos que forman la curva de desarrollo en cada mes por medio de una linea recta.



Trazada la linea, se toma la mitad de ella y se proyecta hacia las ordenadas para determinar el valor del coeficiente (Km), este valor se localiza para el mes que le corresponde como se observa en la Figura 46, posteriormente sé continua la determinacion de la evapotranspiración de acuerdo a la metodo descrito.

120

Figura 46. Elaboración de la curva de desarrollo del cultivo Para tratar de ejemplificar el procedimiento descrito con anteroridad, considere que se desea determinar la evapotranspiración de un cultivo por el método de Grassi - Chistiansen para lo cual se dispone de la siguiente información: Cultivo = Trigo. Variedad = Pavón. Fecha de siembra = 20 Noviembre de 1996 Fecha de cosecha = 20 de marzo de 1997 Ciclo vegetativo =120 días Latitud norte =25° 22' Cuadro 23. Concentración de Datos para el Cálculo de la Evapotranspiración por el Método de Grassi y Christiansen. Meses T. media Cte % Hrs "f" "f" "Km" ET del ciclo °C Cuad.20 Luz " P" ajustado 1.506 11.06 3.68 0.99 Novie. 15 7.385 0.27 30 dias 1.414 10.39 10.39 7.16 Diciem. 13 7.387 0.69 31días

121 Enero 31 días Febrero 28 días Marzo 30 días Sumas

10

1.276

7.515

9.54

9.54

0.90

8.58

11

1.322

7.126

9.37

9.37

0.95

8.90

15

1.506

7.387

11.07

7.38

0.82

6.05

40.36

31.68

De acuerdo a los resultados obtenidos se tiene que: Método de Grissi y Chistiansen = 31.68 cm Método de Blanney - Criddle = 30.27 cm Al analizar los resultados obtenidos se puede abservar que el valor de 31.868 cm obtenido por el metodo de Grassi - Chistiansen con respecto al metodo de Blanney - Criddle que es de 33.213 existe una diferencia aproximada de 1.345 cm en todo su ciclo, de esta diferencia se deduce que el valor es muy pequeño e insignificante, sin embargo, a pesar que los resultados son muy similares entre ambos metodos, el método de Grassi – Chistiansen se considera uno de los más completos ya que el coeficiente del cultivo en forma mensual representa mejor las características propias y no estacional como lo indican otros métodos. Método de Hánsen " Curva unica de Hánsen ". Aun cuando en la actualidad existen diversos metodos para determinar la Evapotranspiración de un cultivo, el metodo de Hansen es considerado uno de los metodos mas completo, este método al igual que el de Blanney - Criddle trabajo sigue el mismo procedimiento hasta conocer el valor de factor climático. Analizando los dos metodos se observa que la diferencia principal consiste en utilizar un coeficiente de desarrollo del cultivo variable, en virtud de que cada planta presenta varias diferencias que dependen de la etapa en que se encuentre. Algunas de estas etapas son la de crecimiento, floración, fructificación y maduración; todas ellas se caracterizan porque sus necesidades o exigencias de humedad son diferentes en sus didtintos periodos, el coeficiente de cultivo se le identifica como "Kd', y para poderlo determinar es necesario utilizar la curva que se muestra en la Figura 47, conocida por la curva única de Hánsen. Tomando en cuenta la curva de Hánsen se puede observar que esta relaciona el porcentaje acumulado del ciclo vegetativo, ademas la relación que existe entre el uso consuntivo y la evaporación (UcI Ev), por otra lado, la curva integra una serie de cultivos diferentes entre ellos y los cuales son cosechados generalmente antes de alcanzar el 100 % de su ciclo vegetativo. Asi mismo el método de Hánsen utiliza para el calculo de la Evapotranspiración un factor de ajuste “J”, este factor se conoce al dividir la evapotranspiración calculada por el método de blanney - Criddle entre el producto de los factores climáticos y el

122 coeficiente de desarrollo del cultivo. Finalmente la evapotranspiración del cultivo se determina aplicando el modelo que se indica a continuacion: ET = (J) (F) (Kd)

…………………………………………………… 96

Donde: ET = Evapotranspiración cm. J = Factor de Ajuste. F = Factores climáticos (Blanney - Criddle) Kd = Coeficiente de desarrollo del cultivo (Curva de Hansen figura 43). El factor de ajuste "J" se calcula mediante la siguiente ecuación.

J

ET ( F ) ( Kd )

................................................................................. 97

Donde: ET = Evapotranspiración calculada por Blanney - Criddle. El coeficiente de desarrollo del cultivo (Kd) se considera como la relación que existe entre la evapotranspiración y la evaporación de una superficie de agua como se indica a continuación:

Kd 

ET Ev

........................................................................................... 98

Donde: Ev = Evapotranspiración del tanque evaporímetro tipo “A”

123

124 Figura 47. Curva unica de Hansen La curva de Hansen que se muestra en la Figura 47, compara la relación del uso consuntivo o evaporacion (UcIEv) con respecto al porciento acumulado del ciclo vegetativo. Con el objeto de comprender y ejemplificar en forma adecuada el empleo de la curva unica de Hansen considere que se desea determinar la evapotranspiración de un cultivo utilizando la misma informacion proporcionada para los métodos anteriores la cual se indica enseguida: Cultivo = Trigo. Variedad = Pavón. Fecha de siembra = 20 Noviembre de 1996 Fecha de cosecha = 20 de marzo de 1997 Ciclo vegetativo = 120 días Latitud norte = 25° 22' Cuadro 24. Concentración de Método de Hánsen. Mes Temp Cons % hrs ciclo . °C cua.20 luz”P” Nov30 15 1.498 7.385 dias Dic31 13 1.407 7.387 días Ene31 10 1.270 7.515 días Feb28 11 1.316 7.126 días Mar30 15 1.499 7.387 días Sumas

Datos para Determinar la Evapotranspiral el “f”

“f” “Kd” f x Kd “J” ajust 11.121 3.707 0.30 1.112 1.015

“ET” 1.128

10.445 10.445 0.74

7.692

1.015

7.807

9.589

9.589 0.957 9.134

1.015

9.271

9.420

9.420 0.859 8.053

1.015

8.174

11.124 7.416 0.523 3.878

1.015

3.936

44.285

29.87

30.32

Basándose en la curva unica de Hansen (figura 47), el cultivo se cosecha aproximadamente al 93%, por lo tanto, si se divide este porcentaje entre el numero de meses que comprende el ciclo vegetativo (93/5) a cada mes le correspondera el equivalente al 18.6% para cada uno. Posteriormente para calcular el primer valor del coeficiente de desarrollo del cultivo (Kd) correspondiente es necesario realizar lo siguiente; para el mes inicial se toma la mitad del porcentaje calculado, es decir se divide (18.6/2), que es igual a 9.3%, este porcenteje sera valor inicial y sera colocado en la curva de Hansen, para los siguientes meses se suma a este valor el porcentaje equivalente para cada mes (18.6) y se pasara a la curva para ir determinando el valor del

125 coeficiente (Kd) para cada mes. Los valores obtenidos del coeficiente de desarrollo (Kd) del cultivo en estudio y utilizando la curva de Hansen se muestran a continuación: Porcentaje del ciclo vegetativo 9.3 27.9 46.5 65.1 83.7

Kd 0.30 0.74 0.957 0.869 0.523

La determinación del valor de ajuste (J) se conoce mediante el siguiente modelo: ET = J x F x Kd

J

ET ( F ) ( Kd )

J

30.321 29.87

……………………………………………………….. 99

J = 1.015 Finalmente al analizar los resultados se puede observar que el valor obtenido de la Evapotranspiración total por el metodo de la curva de Hansen fue de 30.32 cm el cual es prácticamente igual al determinado por el metodo de Blanny-Criddle que fue de 30.321 cm, teniendo una diferncia de 0.001 cm por lo que se considera no significativa REQUERIMIENTOS DE RIEGO Una vez que se conoce la cantidad de agua que se debe aplicar a un suelo, es necesesario determinar la frecuencia o tiempo oportuno en que se debe efectuar la aplicación de la lamina de riego, esta actividad se lleva a cabo cuando ya se cuenta con el cultivo establecido o para fines de programación de riegos, sin embargo, existen ciertos factores importantes que influyen en forma significativa sobre el momento oportuno de realizar un riego, estos son:   

Las necesidades hídricas de los cultivos La disponibilidad del agua para riego La capacidad de la zona radicular para almacenar el agua

Por otro lado, es necesario tomar en cuenta que en las zonas bajo riego no siempre es posible proporcionar el agua requerida por los cultivos aunque estos la

126 necesiten y algunas otras veces con la finalidad de ahorrarla, por otra tanto, este tipo de decisiones señalan que se debe regar solo si las plantas lo necesiten. Dado lo anterior en la determinación del momento optimo de riego se deben consideran tanto las necesidades de las plantas, como del suministro de agua, ya que se ha demostrado que los cultivos durante su periodo de desarrollo, necesitan del abastecimiento continuo del agua, sin embargo, su magnitud depende del cultivo, edad, temperatura y condiciones atmosfericas. PROGRAMACION DEL RIEGO En la planeacion integral de un proyecto de riego se deben tomar en cuenta un gran numero de factores que le permitan incrementar en forma significativa la produccion agricola, estos factores generalmente se encuentran relacionados con los principios básicos del riego como som; el Cuanto, Como y Cuando regar. El cuando regar conocido comúnmente como programación de riegos proporciona la información básica sobre la oportunidad o fechas en las cuales se debe aplicar el agua de riego a los cultivos, para poder efectuar la calendarizacion es necesario identificar los parametros relacionados principalmente con las caracteristicas de suelo, cultivo y ciertos conceptos tecnicos. En general el calendario de riego proporciona la información indispensable sobre el numero de riegos que se deben aplicar a un cultivo, los intervalos entre riegos, las laminas de riego netas y las laminas de riego brutas. Para poder iniciar con la realización de un programa de riego, es indispensable conocer la cantidad de agua por aplicar, los requerimkientos hídricos de los cultivos, la profundidad radicular y el nivel de abatimiento que se desea tener. Es importante tomar en cuenta que el primer riego se aplica considerando un contenido de humedad inicial igual al valor de la capacidad de campo en la profundidad considerada, para lograr lo anterior es necesario tambien asumir el contenido de humedad inicial corresponde al porcentaje equivalente al punto de marchitez permanente, en los riegos subsecuentes estos se aplican cuando el nivel de humedad aprovechable llega al abatimiento previamente definido o punto critico. Para elaborar la programación de riegos de un cultivo existen cuatro metodos o criterios mediante los cuales se puede realizar esta actividad, sin embargo, por ser un tema muy amplio caso solo se analizara el criterio basado en el abatimiento porcentual de la humedad disponible ya que es un metodo muy practico y sencillo. Este método consiste en la aplicación artificial del agua para riego cuando se ha consumido determinada cantidad del agua aprovechable en la zona radicular del cultivo, definida por el porcentaje de abatimiento, la definición de los abatimientos porcentuales de la humedad disponible es decidida por el tecnico o persona

127 responsable de la aplicación del agua, estos porcentajes son variables y son definidos principalmente por el cultivo, la textura del suelo, los sistema de riego y otros. Cuando se decide realizar el cuándo regar o programación de riegos por este metodo, es necesario considerar características especificas relacionados con el cultivo como, tipo de cultivo, ciclo vegetativo, profundidad radicuar y la evapotranspiración, relacionados con el suelo como la capacidad de campo, punto de marchitez permanente, densidad aparente, humedad aprovechable, lamina de riego y por ultimo él porcentaje (%) de abatimiento. La metodología de calculo que existe para realizar la programación de riegos por el criterio basado en el abatimiento porcentual de la humedad disponible puede llevarse a cabo en forma analítica o gráfica, pero independientemente de la forma ambos métodos consideran la misma información, por otro lado, la programación de riegos concluye cuando el volumen total aplicado al suelo equivale aproximadamente igual a las necesidades de riego total del cultivo, hasta completar su ciclo vegetativo. Basansose en el análisis, estos indican que los requerimiento de riego de los cultivos se definen como la suma de la evapotranspiración y las necesidades de lavado menos el valor de la precipitación efectiva, y se expresá por la siguiente ecuacion: Rr =Et + Ri – Pe

………………………………………………….. 100

Donde: Rr = Requerimientos de riego en cm Et = Evapotranspiración en cm. Ri = Nesecidades de lavado Pe = Precipitación efectiva. En la actualidad todavía no existen medios o técnicas mas precisas que permitan evaluar con exactitud los requerimientos de lavado al momento de considerar las necesidades de riego en muchas regiones como los que se presentan en los distritos de riego, sin embargo una forma de realizar estimaciones muy generales de los requerimientos en nuestro pais es atravez de la siguiente ecuación: Rr = Et – Pe

……………………………………………………. 101

Los requerimientos de riego de un cultivo en una área determinada puede diferir en función del tipo de suelo, de la practica de riego del producto, del cIima y de las practicas agronomicas que que utiliza el productor, por otro lado, es importante señalar que existen otros factores que influyen en este aspecto, pero deben ser analizados desde otro punto de vista. Una forma de comprender en forma precisa la metodología que se utiliza para reallizar un calendario de riegos es necesario ejemplificar este método para ello

128 supongamos que se desea elaborar un programa de riego en el cultivo de trigo en la región sur del Estado de Sonora donde se cuenta con la siguiente informacion: Evapotranspiración mensual del cultivo determinada por el método de Blanney y Criddle. Diciembre (31) = 8.93 cm. Enero (31 ) =8.32 cm Febrero (28) =8.14 cm Marzo (31) =10.11 cm Abril (30) =11. 70 cm Fecha de siembra = 9 de Diciembre Fecha de cosecha = 30 de Abril Características físicas del suelo en la region de estudio. Capacidad de campo = 36,98% Punto de Marchitez permanente= 21.49% Densidad aparente = 1.268 gr/cm3 Profundidad radicular = 1.00 mts Para la elaboración de la programación de riegos se ha definido regar al cultivo cuando se presente un abatimiento del 50 % de la humedad aprovechable del suelo, por lo tanto, se tiene:

H A

(CC  PMP ) ( D a) ( P r ) 100

H A

(36.98  21.49) (1.268) (100) 100

..................................................................... 102

HA = 19.6 cm /mts. Lr = HA x Pr x AHA

............................................................... 103

Lr =19.6 cm / mts x 1.00 mts x 0.50 Lr = 9.80 cm Primer riego dia 9 de diciembre

Lr = 9.80 cm

Necesidades de riego por día en Dic. Nr = 0.288 cm /día. Consumo total de agua = 0.288 cm/día x 22 días - = 6.44 cm cons. de Dic Humedad disponible

Hd = 3.46 cm/Ene

129 Necesidades de riego por día en Enero N = 0.27 cm/día Días que se abastecen con la humo Dispoinible de Ene D = 12.8 días Segundo Riego día 14 de Enero

Lr = 9.80 cm

Consumo total de agua del 14 al 31 de enero 0.27 x 18 Cs - = 4.86 cm Hum. Disponible. en el suelo para utilizarse en Feb. Hd = 4.94 cm/Feb Necesidades de riego por día en Febrero Nr = 0.29 cm /día Días que se abastecen con la humedad disp de Feb. D = 17 días Tercer Riego día 18 de Febrero Consumo total de agua del 18 al 28 de feb. 0.29 x 11 Hum. disponible en el suelo para utilizarse en Marzo Necesidades de riego por día en Marzo Días que se abastecen con la humedad disp.de Mar. Cuarto Riego día 21 de Marzo Consumo total de agua del 21 al 31 de Mar. 0.326 x 11 Hum. disponible en el suelo para utilizarse en de Abr. Necesidades de riego por día en Abril Días que se abastecen con la humedad disp.de Abr.

Lr = 9.80 cm Cs - = 3.19 cm Hd = 6.61 cm/Mar Nr = 0.326 cm /dia D = 20 días Lr = 9.80cm Cs - = 3.59 cm Hd = 6.21 cm/Abr Nr = 0.39 cm / día D = 16 días

Quinto Riego día 17 de Abril

Lr = 5.07 cm

Consumo total de agua del 17 al 29 de abril 0.39 x 13

Nr = 5.07

En esta programacon de riegos el ultimo de ellos tiene que llevarse a cabo, sin embargo, en algunos casos no siempre es necesario aplicarlo debido a que en ciertos casos la planta puede ya haber alcanzado su madurez fisiologica por lo que el riego no tendría ningún efecto en el rendimiento final del cultivo. Finalmente de esta programación se concluye que se aplicaron cuatro riegos con una lámina de 9.80 cm y un riego final con una lámina de 5.07 cm, para considerar si la programación de riegos es correcta al analizarla la suma total de las láminas de riego aplicadas que es de 44.2 cm, debe ser aproximadamente igual a la suma de todos los usos consuntivos del cultivo, para este caso la Evapotranspiración total del cultivo es de 42.20 cm que es exactamente la misma que la candidad de agua aplicada, por lo tanto, se puede asumir que la programación de riegos es aceptable.

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COLOFÓN Esta publicación se realizó en el Departamento Editorial de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Impreso en sus Talleres Gráficos. La Edición estuvo a cargo del Lic. Jesús M. Alvarez Farías y se termino de imprimir en el mes de Diciembre de 1998, con un tiraje de 500 ejemplares.

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