Manejo de riego por aspersión en ambientes de alta heterogeneidad espacial

Algunas consideraciones para este tipo de manejo que se perfila como el elegido para los desarrollos a escala en los valles del Rio Negro.

Por: Gutierrez, M.¹; Sciarresi, C.²; Martínez, R.S.³ ¹ Gerente Técnico de Desarrollo (GTD) Chacra Valles irrigados Norpatagónicos, Sistema Chacras, Aapresid. ² Coordinador Técnico Zona (CTZ), Sistemas Chacras, Aapresid. ³ EEA INTA Valle Inferior, investigador en riego y manejo de cultivos.

Introducción

La producción agropecuaria en el norte de la Patagonia Argentina presenta ciertas características diferenciales respecto a la producción en la zona núcleo. Una de las diferencias más relevantes es la necesidad vital del riego para el desarrollo de los cultivos, ya que la región se caracteriza por tener un clima de árido a semiárido, mesotermal (CFI, 2008), con lluvias anuales promedio inferiores a los 350 mm y con una demanda ambiental que supera, en algunos sitios, los 1400 mm anuales de ETo (Madias y Gutierrez, 2014, resultados no publicados). Por lo tanto, el riego se convierte en uno de los pilares fundamentales para el desarrollo de la agricultura en la región.

En los últimos años, la potencialidad productiva de los Valles del Río Negro dio lugar al desarrollo de diversos proyectos de riego, muchos de ellos en base a riego por aspersión a gran escala, sistema no tradicional en la zona. Estos desarrollos se ubicaron principalmente en la región de Valle Medio e Inferior del río, que se convierte en la única fuente de abastecimiento del agua y posee un caudal medio de 930 m3 s-1. El área bajo riego, en esa región, actualmente supera las 80.000 ha, con distintos sistemas de riego y cultivos diversos. Sin embargo, existe potencial para triplicar esta superficie (FAO, 2014), por lo que será clave contar con los conocimientos necesarios para manejar eficientemente el agua en los sistemas productivos emergentes.

En los nuevos emprendimientos, el manejo del riego por aspersión a gran escala se posiciona como el principal cuello de botella detectado por los productores de la zona, debido a que debe estar adaptado al clima y suelos predominantes. El clima de la región normalmente presenta elevadas demandas hídricas en los periodos críticos de los principales cultivos de commodities (Figura 1), provocado por la combinación de altas temperaturas, radiación y déficit de presión de vapor. Por otra parte, los suelos de la zona se caracterizan por una alta heterogeneidad espacial, tanto horizontal como vertical. La misma es dada por su origen aluvional, en donde son comunes las variaciones en poca distancia de los depósitos que conforman las tierras utilizadas con fines agrícolas (Martínez et al., 2012). También se observa una alta variabilidad en los parámetros de fertilidad física y química de los estratos de suelo donde hay desarrollo radicular. Estas condiciones, junto con los requerimientos de los cultivos, generan que la toma de decisiones acerca del riego basada en la elección de pocos sitios de seguimiento sea riesgosa, debido a que la comprensión de la situación general del lote puede no ser adecuada y llevar a cometer fallas irreversibles que afectarían la performance de los cultivos.

La Chacra VINPA trabaja desde sus inicios en el ajuste del manejo del agua para los sistemas de cultivos extensivos, focalizando su trabajo en el manejo del riego por aspersión, que se perfila como el elegido para los desarrollos a escala del futuro.

Figura 1 Principales cultivos de commodities realizados en los valles del Rio Negro en los nuevos proyectos productivos a gran escala bajo riego por aspersión.

¿Cómo determinamos el contenido de agua en el suelo?

Los sistemas regantes necesitan conocer constantemente el agua disponible en la zona de influencia radicular de sus cultivos, con el objetivo de tomar decisiones de manejo. La misma estará delimitada por la capacidad de almacenar agua del suelo, la cual dependerá a su vez de la textura, estructura y contenido de materia orgánica del mismo (MO). Suelos de textura fina y alto contenido de MO podrán guardar más agua que suelos de texturas gruesas con poco contenido de MO.

Existen muchos métodos para tratar de determinar el contenido de humedad del suelo. Los denominados “en el lote” abarcan las mediciones a campo directas, con extracción de suelo (ej. método gravimétrico y método de humedad por tacto y apariencia), o indirectas, a través de sensores de suelo o planta. Los métodos “fuera del lote” estiman el contenido de humedad en el suelo a través de modelos que se generan con balances hídricos diarios. En estos, se considera a la zona de influencia radicular como un sistema, en donde, partiendo de un nivel hídrico inicial medido por un método directo, se contabilizan las entradas y salidas y se aplica una ecuación balance. Cada una de estas herramientas cuenta con ventajas y desventajas, y su elección deberá basarse en el tiempo y presupuesto disponible para dedicarle a su implementación, la escala que deben abarcar y el grado de precisión requerido.

En Norpatagonia, debido a la elevada heterogeneidad de suelos y a la alta escala productiva de los emprendimientos, las decisiones de manejo basadas en el seguimiento de sitios puntuales de los lotes pueden llevarnos a errores. Además, tanto métodos directos como indirectos pueden requerir una gran demanda de tiempo y presupuesto, ya que se deberían realizar múltiples seguimientos por la heterogeneidad espacial presente. Es por esto que se ha profundizado y perfeccionado el uso de los balances hídricos diarios como herramienta para la toma de decisiones.

¿Cómo se realiza un balance hídrico?

Los balances hídricos se calculan de manera diaria, y estiman el agua disponible a una cierta profundidad y para un determinado tipo de suelo. Para nuestro caso particular, el contenido de agua se estima al metro de profundidad (profundidad donde se concentra el 90% de las raíces) sobre el suelo representativo más limitante para cada lote. Este último debe determinarse a campo y en base al de menor capacidad de almacenar agua. A su vez, en general se trabaja con riego por aspersión bajo siembra directa, por lo que las pérdidas por escurrimiento o percolación profunda no son consideradas.

El balance hídrico no es más que una simple fórmula donde se consideran los egresos e ingresos al sistema, obteniendo la cantidad remanente de agua almacenada en el perfil de suelo. Para la determinación del agua disponible a un momento dado, es necesario despejar nuestra incógnita diariamente: en donde el agua almacenada son los milímetros de agua contenidos en el suelo, el agua inicial es el contenido de agua a la siembra de cultivo, la precipitación efectiva es el total de lluvias infiltradas en el perfil, los riegos son los mm aplicados que logran ingresar al suelo y las pérdidas son estimadas a partir de la evapotranspiración del cultivo (considerada constante para todo el lote) (Figura 2). Este último parámetro se calcula multiplicando la evapotranspiración de referencia (ETo), medida diariamente por una estación meteorológica in situ, por el coeficiente del cultivo (Kc), el cual puede ser estimado con éxito a través de la implementación del Índice de Vegetación por Diferencias Normalizado (NDVI). Este índice es captado periódicamente para los lotes de producción por sensores remotos ubicados en plataformas espaciales y se relaciona con la cantidad y calidad de la biomasa vegetal, por ende, con el Kc del cultivo.

Calera en 2016 propone una fórmula ampliamente validada para cultivos herbáceos que logran alcanzar cobertura total del suelo en su fase crítica de desarrollo, con el fin de conocer el Kc de un lote o sector del mismo a través de su valor de NDVI:

Agua almacenada= almacenada= Agua Agua inicial inicial + Riegos Riegos

Precipitación efectiva efectiva - Pérdidas Pérdidas

Ecuación simple: Riego por aspersión bajo siembra directa

Kc = 1.25 NDVI + 0.1

La utilización de imágenes de NDVI en los últimos años ha tomado gran importancia como herramienta aplicada al manejo agronómico y específicamente a la estimación de consumo hídrico por parte de los cultivos, ya expuesto en diversos trabajos de investigación durante los últimos años (Cuesta et al. 2005; González et al. 2013; Balbontín et al. 2016, etc.). Cabe destacar que dichas imágenes son de acceso libre y gratuito, y se encuentran disponibles cada 3-5 días. Un punto para destacar es que las imágenes que se utilicen para dicho propósito no deben presentar interferencia por nubosidad.

Agua inicial + aportes - Perdidas =

Agua disponible en zona de influencia radicular

Figura 2 Esquema de balance hídrico implementado en la región Norpatagónica. Detalle de entradas y salidas consideradas para el cálculo del mismo.

¿Alcanza con realizar el balance hídrico diario?

El balance hídrico nos permitirá estimar el agua disponible en el suelo, sin embargo, no será suficiente para tomar decisiones en relación al manejo del agua. Un parámetro importante para calcular diariamente a la par de la ejecución de los balances, es el umbral de estrés del cultivo (US). El mismo representa la cantidad de agua disponible en el suelo requerida para que el cultivo no necesite gastar energía en extraer agua del suelo, resignando rendimiento. El US será variable (Figura 3) y dependerá del ritmo de consumo, es decir, del tipo de cultivo, grado de desarrollo y condiciones climáticas. Allen et al., en el manual FAO N° 56 (2006), presentan la fórmula para calcular el US de manera diaria para distintos cultivos con relación al consumo (ETc) y a la fracción de agua disponible del suelo que puede ser agotada de la zona radicular antes de presentar estrés hídrico (p). El US es expresado como porcentaje del valor en milímetros del agua útil (AU) del suelo, la cual a su vez es calculada por la diferencia de sus constantes hídricas: capacidad de campo – punto de marchitez permanente:

US (%AU) = (1 - (p + 0.04* (5-ETc día))) x100

donde US es el umbral de estrés en porcentaje del valor en milímetros del agua útil del suelo, p es la fracción del agua disponible del suelo que puede ser agotada de la zona radicular antes de presentar estrés hídrico (varía según cultivo y se extrae de la bibliografía); 1, 0.04 y 5 son constantes para todos los cultivos, y ETc es la evapotranspiración diaria.

Del análisis de la evolución del US, identificamos los niveles hídricos que debemos mantener en el suelo a lo largo del ciclo de los cultivos, manejando la lámina y frecuencia del riego. Como ejemplo, para el maíz en la región norpatagónica, observamos que durante periodo crítico y los inicios del llenado de grano, deberemos mantener el agua útil del suelo por encima del 65-70% para no sufrir estrés en el cultivo, pudiendo dejar secar más el suelo en etapas vegetativas iniciales o finales de llenado de grano (Figura 3).

Figura 3 Evolución del umbral de estrés expresado como % del valor de agua útil del suelo, para el cultivo de maíz en la región Norpatagónica en fechas de siembra del 15/10. Se marca con recuadros la etapa crítica del cultivo (PC) y el llenado del grano.

De este modo, modelizando diariamente la humedad disponible en el suelo y el umbral de estrés, podemos tomar decisiones acerca de la frecuencia y lámina de riego a aplicar. El riego se manejará de manera óptima cuando los niveles de agua disponible del suelo no caigan por debajo del umbral de estrés del cultivo en ningún momento del ciclo (Figura 4).

Figura 4 Ejemplo de modelización de agua en el suelo a través del balance hídrico diario (línea azul) apareado al umbral de estrés del cultivo (línea punteada) generado en lote de 90 has con rendimiento de trigo de 10000 kg/ha. Campaña

¿Es necesario complementar la estimación del contenido de agua con mediciones a campo?

Cabe destacar que la modelización no debe significar independizarse del seguimiento a campo de los lotes de producción, sin embargo, puede constituir un soporte al gestor del riego. El mismo puede permitir de manera sencilla el seguimiento de varios lotes bajo riego y detectar “alarmas” en cultivos que pueden estar próximos a sufrir estrés, dirigiendo la observación o visita al lote/sitio en cuestión antes de que las consecuencias penalicen en el rendimiento.

Sumado a esto, el análisis de los datos generados por las modelizaciones en campañas finalizadas, posibilita una mejor comprensión de los resultados productivos, con el fin de buscar explicaciones agronómicas para la mejora continua de la gestión del agua. Rendimientos de lotes de producción de trigo y maíz durante la campaña 2019-2020, sin problemáticas productivas, mostraron una mejor correlación con los días en los que el agua útil del suelo estuvo por debajo del umbral de estrés del cultivo durante periodo crítico y llenado (días estrés) que con los milímetros efectivamente disponibles en el ciclo (Figura 5). Esta situación afianza el concepto de que el éxito en los planteos de riego no solo depende de la cantidad de agua aplicada al cultivo, sino también de la manera en que manejamos estratégicamente esa agua. Podemos aplicar en varios lotes la misma cantidad de agua, obteniendo resultados productivos diferentes en relación a la lámina y frecuencia utilizada.

Figura 5 Relación entre los días de estrés durante periodo crítico y llenado de grano, y el agua disponible en ciclo, con los rendimientos obtenidos de lote. Lotes de trigo y maíz de la campaña 2019-2020. Valle Inferior del Río Negro.

Comentarios finales

En resumen, para lograr un manejo eficiente del agua de riego será necesario conocer la humedad inicial en un suelo representativo del lote, llevar registros de riegos y lluvias diariamente, tener acceso a una estación meteorológica para conocer la evapotranspiración de referencia, tener acceso a imágenes de NDVI para estimar Kc para cada cultivo, estimar la evapotranspiración para el lote, y finalmente será necesario destinar tiempo y recursos para calcular adecuadamente el balance hídrico y el umbral de estrés.

Es importante destacar que, en la actualidad, la modelización se torna una herramienta práctica para asistir a los sistemas de riego de gran escala, siendo factible y precisa gracias a la gran oferta periódica de imágenes satelitales gratuitas de NDVI. Sin embargo, complementa y no reemplaza la visita al campo, siendo recomendable siempre constatar sus resultados.

El éxito en el manejo del riego no solo dependerá de la cantidad de agua aplicada al cultivo, sino de su manejo. La situación óptima se alcanza cuando la lámina y frecuencia de riego son adecuadas para asegurar que la humedad del suelo esté por encima del umbral de estrés a lo largo del ciclo de los cultivos, sin desperdiciar el recurso. Por lo tanto, es importante obtener constantemente una buena estimación del contenido de agua del suelo y del umbral de stress diario para tomar decisiones. De esta manera, y ante ausencia de problemáticas productivas de otra índole, se alcanzan de manera eficiente los rendimientos objetivos a nivel de lote.

BIBLIOGRAFÍA

• Allen, G. R.; Pereira,L. ; Raes, D.; Smith, M. 2006. Estudio FAO Riego y drenaje 56. Evapotranspiración del cultivo: Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. Serie Cuadernos Técnicos. Roma, Italia. FAO. 298 p.

• Balbontín, C., M. Odi, R. Poblete, J. Garrido, I. Campos y A. Calera. 2016. Uso de herramientas de teledetección y SIG para el manejo del riego en los cultivos. 50 p. Boletín INIA Nº335. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional Intihuasi, La Serena, Chile

• CFI, 2008. Estudio del impacto de la producción frutícola sobre la calidad de los suelos del Alto Valle del Río Negro. Informe de Avance. CFI-Prov Río Negro-INTA. 122p.

• Cuesta A; A. Montoro; A.M. Jochum; P. Lopez; A. Calera. 2005. Metodología operativa para la obtención del coeficiente de cultivo desde imágenes de satélite. ITEA, Vol. 101, p 212-224. 2005.

• FAO. 2014. Informe de Diagnóstico de los principales valles y áreas con potencial agrícola de la Provincia de Río Negro. Proyecto FAO UTF ARG 017.

• González, Laura; V, Bodas; G, Espósito; I, Campos; J, Aliaga; A, Calera. 2013. Estimation of irrigation requirement for wheat in the southern Spain by using a soil water balance remote sensing driven. European Geosciences Union General Assembly 2013.

• Martinez, R.S. et al. Buscando alcanzar altos rendimientos del cultivo de maíz: experiencias en los valles Norpatagónicos. 2012. 3ª Reunión Internacional de Riego. INTA Manfredi. 30 y 31 de octubre de 2012.