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la evapotranspiaracion de los cultivos.criterios a tener en ceunta
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ISSN 0254-5293
ESTUDIO FAORIEGO Y
DRENAJE
56
zona radicular
evaporacin
transpiracin
riego
lluvia
Rs
Kc ini
K
Kc med
c n
evapotranspiracin
radiacin
Evapotranspiracindel cultivoGuas para la determinacin de los requerimientos de agua de los cultivos
iii
ndice
1. Introduccin a la evapotranspiracin 1Proceso de Evapotranspiracin 1
Evaporacin 1Transpiracin 3Evapotranspiracin 3
Unidades 3
Factores que afectan la evapotranspiracin 5Variables climticas 5Factores de cultivo 5Manejo y condiciones ambientales 5
Conceptos de Evapotranspiracin 7Evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo) 7Evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones estndar (ETc) 7Evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones no estndar (ETc aj) 9
Determinacin de la evapotranspiracin 10Medicin de ET 10ET calculada con datos meteorolgicos 13ET estimada con el tanque de evaporacin 13
PARTE A. Evapotranspiracin de referencia (ETo) 15
2. Ecuacin de FAO Penman-Monteith 17Necesidad de un mtodo estndar para determinar ETo 17
Formulacin de la ecuacin de Penman-Monteith 18Ecuacin de Penman-Monteith 18Resistencia aerodinmica (ra) 20Resistencia superficial (total) (rs) 20
Superficie de Referencia 23
Ecuacin de FAO Penman-Monteith 24Ecuacin 24Datos 27Estimacin de datos faltantes 28
3. Datos meteorolgicos 29Factores meteorolgicos que determinan la ET 29
Radiacin solar 29Temperatura del aire 29Humedad del aire 30Velocidad del viento 30
Parmetros atmosfricos 31Presin atmosfrica (P) 31Calor latente de vaporizacin (h) 31Constante psicromtrica (a) 31
Temperatura del aire 32
iv
Humedad del aire 33Conceptos 33Medicin 35Procedimientos de clculo 35
Radiacin 41Conceptos 41Unidades 43Medicin 45Procedimientos de clculo 45
Velocidad del viento 55Medicin 55Relacin del viento con la altura 55
Recoleccin de datos climticos 57Estaciones meteorolgicas 57Bases de datos agroclimticos mensuales 57
Estimacin de datos climticos faltantes 58Estimacin de datos faltantes de humedad 58Estimacin de los datos de radiacin 59Datos faltantes de viento 63
Datos mnimos requeridos 64Una ecuacin alternativa para el clculo de ETo 64
4. Determinacin de ETo 65Ecuacin de Penman-Monteith 65
Procedimientos de clculo 66ETo calculada para diversos perodos de tiempo 66
Procedimientos de clculo en caso de datos faltantes 76
Mtodo del tanque evapormetro 78Tanque evapormetro 78Coeficiente del tanque evapormetro (Kp) 79
PARTE B. Evapotranspiracin del cultivo en condiciones estndar 87
5. Introduccin a la evapotranspiracin del cultivo (ETc) 89Procedimientos de clculo 89
Clculo directo 89Enfoque del coeficiente del cultivo 89
Factores que determinan el coeficiente del cultivo 91Tipo del cultivo 91Clima 91Evaporacin del suelo 93Etapas del crecimiento del cultivo 95
Evapotranspiracin del cultivo (ETc) 97Enfoques de los coeficientes nico y dual del cultivo 98Curva del coeficiente del cultivo 99
Diagrama de flujo de los clculos 101
6. ETc coeficiente nico del cultivo (Kc) 103Duracin de las etapas de crecimiento 103
vCoeficientes del cultivo 109Valores tabulados de Kc 109Coeficiente del cultivo para la etapa inicial (Kc ini) 114Coeficiente del cultivo para la etapa de mediados de temporada (Kc med) 121Coeficiente del cultivo para el trmino de la etapa final (Kc fin) 125
Elaboracin de la curva de Kc 127Cultivos anuales 127Curva de Kc para cultivos forrajeros 128rboles frutales 129
Clculo de la ETc 129Determinacin grfica del valor de Kc 129Determinacin numrica del valor de Kc 132
Coeficientes del cultivo basados en la alfalfa como referencia 133
Extrapolacin de valores previos de Kc 134
7. ETc coeficiente dual del cultivo (Kc = Kcb + Ke) 135Componente de la transpiracin (Kcb ETo) 135
Coeficiente basal del cultivo (Kcb) 135Determinacin de los valores diarios de Kcb 141
Componente de la evaporacin (Ke ETo) 141Procedimiento de clculo 142Lmite superior Kc max 143Coeficiente de reduccin de la evaporacin del suelo (Kr) 144Fraccin expuesta y humedecida del suelo (few) 147Clculo diario del valor de Ke 151
Clculo de ETc 156
PARTE C. Evapotranspiracin del cultivo en condiciones no-estndar 159
8. ETc bajo condiciones de estrs hdrico 161Disponibilidad de agua en el suelo 161
Agua disponible total (ADT) 161Agua fcilmente aprovechable (AFA) 162
Coeficiente de estrs hdrico (Ks) 167
Balance de agua del suelo 169
Planificacin del riego 171
Efectos de la salinidad del suelo 174
Relacin productividad-salinidad 175
Relacin productividad-estrs hdrico 176
Relacin combinada salinidad-reduccin de la ET 177Sin estrs hdrico (Dr < AFA) 177Con estrs hdrico (Dr > AFA) 177
Aplicacin 181
9. ETc para vegetacin natural, atpica y subptima 183Procedimiento de clculo 183
Etapa inicial de crecimiento 183Etapas de mediado y final de temporada 183Condiciones de estrs hdricos 184
vi
Ajuste para la etapa de mediados de temporada para vegetacin escasa 184Ajuste a partir de observaciones de campo 184Estimacin de Kcb med a partir del ndice de rea foliar (IAF) 185Estimacin de Kcb med a partir de la cobertura efectiva del suelo (fc eff) 187Estimacin de Kcb full 189Conclusin 190
Etapa de mediados de temporada: ajuste por control estomtico 191
Etapa de final de temporada 192
Estimacin de ETc aj considerando la productividad del cultivo 193
10. ETc bajo distintas prcticas de manejo 195Efecto del mantillo (mulch) sobre la superficie 195
Cobertura con plstico 195Cobertura orgnica 196
Cultivos intercalados 197Vegetacin contigua 198Vegetacin solapada 199Cultivos de borde 199
reas reducidas de vegetacin 199reas rodeadas por vegetacin que posee caractersticas
similares de rugosidad y de humedad 200Efectos de oasis y ropa tendida 200
Estrs ambiental inducido como prctica de manejo 202Semilla de alfalfa 203Algodn 203Remolacha azucarera 204Caf 204T 204Olivos 204
11. ETc fuera de la temporada productiva 205Tipos de condiciones de la superficie del terreno 205
Suelo descubierto 205Superficie cubierta por vegetacin muerta 205Superficie cubierta por vegetacin viva 206Superficies congeladas o cubiertas con nieve 207
Anexos
1. Unidades y smbolos 209
2. Cuadros meteorolgicos 211
3. Bases fsicas de los parmetros usadosen el clculo de la evapotranspiracin 221
4. Anlisis estadstico de los datos climticos 227
5. Medida y determinacin de la integridadde los datos meteorolgicos 241
6. Correccin de datos climticos obtenidosen estaciones no-referenciales para calcular ETo 253
7. Clculo de Kc para el estado inicial de los cultivos anuales 259
8. Ejemplo de clculo para la aplicacindel concepto de Kc en calendarios de riego 265
Bibliografa 277
vii
Lista de figuras
1. Representacin esquemtica de un estoma 2
2. Particin de la evapotranspiracin en evaporacin y transpiracindurante el perodo de crecimiento de un cultivo anual 2
3. Factores que afectan la evapotranspiracin con referenciaa conceptos relacionados de ET 4
4. Evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo), bajo condiciones estndar (ETc) y bajo condiciones no estndar (ETc aj) 6
5. Representacin esquemtica de la variacin diurna de los componentes del balance de energa sobre una superficie transpirante con suficiente cantidad de agua en un da soleado 11
6. Balance de agua en el suelo de la zona radicular 12
7. Representacin simplificada de la resistencia superficial (total)y de la resistencia aerodinmica al flujo de vapor de agua 19
8. Representacin tpica de la variacin del ndice de rea Foliar (IAF)activo (verde) a lo largo del perodo de crecimientode un cultivo de maz 22
9. Caractersticas del cultivo hipottico de referencia 24
10. Ilustracin del efecto de la velocidad del viento sobre laevapotranspiracin en condiciones atmosfricas secasy calientes comparadas con condiciones hmedas y tibias 30
11. Presin de saturacin de vapor (e) en funcin de la temperatura:curva de e(T) 34
12. Variacin de la humedad relativa durante un perodo de24 horas para una presin de vapor constante de 2,4 kPa 34
13. Variacin anual de la radiacin extraterrestre (Ra) en el ecuador,a los 20 y 40 de latitud norte y sur 41
14. Variacin anual de las horas de luz del da (N) en el ecuador,a los 20 y 40 de latitud norte y sur 42
15. Componentes de la radiacin 44
16. Factor de conversin para convertir la velocidad del viento medidaen cierta altura sobre el nivel del suelo a la velocidad del vientoen la altura estndar (2 m) 56
17. Relacin entre la fraccin de radiacin extraterrestre que alcanza la superficie de la tierra, Rs/Ra, y la diferencia de temperatura Tmax - Tmin para zonas interiores (kRs = 0.16) y para zonas costeras (kRs = 0.19) 61
18. ETo calculada por CROPWAT 69
19. Dos casos de localizacin del tanque de evaporacin y sus alrededores 79
20. Valores tpicos de Kc para diferentes cultivoscompletamente desarrollados 92
21. Rangos extremos de Kc para cultivos completamente desarrollados,en respuesta a variaciones climticas y meteorolgicas 92
22. El efecto de la evaporacin sobre Kc. 94
23. Etapas de desarrollo de diferentes cultivos 94
24. Rangos tpicos esperados del valor de Kcpara las cuatro etapas del crecimiento 97
viii
25. Curva generalizada del coeficiente del cultivo, correspondienteal procedimiento del coeficiente nico del cultivo 100
26. Curvas del coeficiente del cultivo mostrando las curvas de Kcb(lnea gruesa), de la evaporacin en el suelo Ke (lnea delgada)y la curva correspondiente de Kc = Kcb + Ke curve (lnea punteada) 100
27. Procedimiento general para calcular ETc 102
28. Variacin de la longitud del perodo de crecimiento del arroz(cultivar: Jaya), repartidos durante varios meses del ao,en diferentes lugares a lo largo del Ro Senegal (frica) 109
29. Valor promedio de Kc ini relacionado con el nivel de ETo y el intervalo de tiempo entre riegos y/o lluvias significativas durante la etapa inicial de crecimiento, para cualquier tipo de suelo, cuando los eventos de humedecimiento sean de ligeros a medianos (310 mm por evento) 117
30. Valor promedio de Kc ini relacionado con el nivel de ETo y el intervalode tiempo entre riegos para eventos de humedecimiento mayoreso iguales a 40 mm durante la etapa inicial para a) suelos detextura gruesa; b) suelos de textura mediana y fina 118
31. Riego con humedecimiento parcial 120
32. Ajuste (aditivo) al valor de Kc med del Cuadro 12 para diferentesalturas del cultivo y valor promedio diario de la velocidad delviento (u2) para diferentes condiciones de humedad 122
33. Rangos esperados de Kc fin 126
34. Curva del coeficiente del cultivo 126
35. Curva de Kc para alfalfa destinada para heno en el sur de Idaho,Estados Unidos, utilizando valores de los Cuadros 11 y 12 yajustes a travs de las Ecuaciones 62 y 65 128
36. Curva de Kc y valores decadales de Kc y ETc derivados del grfico,para el cultivo de frijol (juda) seco del ejemplo (Recuadro 15) 132
37. Curva del coeficiente basal del cultivo (Kcb) para el cultivo defrijol seco (Ejemplo 28) usando las longitudes de las etapasde crecimiento de 25, 25, 30 y 20 das 142
38. Coeficiente de reduccin de la evaporacin, Kr 145
39. Determinacin de la variable few en funcin de la fraccinde cobertura de la superficie del suelo (fc) y de la fraccinhumedecida de la superficie (fw) 148
40. Balance de agua en la capa superior del suelo 152
41. Factor de agotamiento (p) para diferentes nivelesde evapotranspiracin del cultivo 166
42. Coeficiente de estrs hdrico, Ks 167
43. Balance de agua en la zona radicular 169
44. El efecto de la salinidad en el coeficiente de estrs hdrico Ks 181
45. Diferentes situaciones de cultivos intercalados 198
46. Curvas de Kc para reas pequeas con vegetacin bajo efecto oasis,en funcin del ancho de la superficie con vegetacin, para condicionesde HRmin = 30%, u2 = 2 m/s, altura de la vegetacin (h) = 2 m y IAF = 3 203
47. Evapotranspiracin promedio medida durante perodos invernalessin crecimiento vegetativo, en Kimberly, Idaho, Estados Unidos 208
ix
Lista de Cuadros
1. Factores de conversin para expresar evapotranspiracin 4
2. ETo promedio para diferentes regiones agroclimticas en mm da-1 8
3. Factores de conversin para la radiacin 45
4. Valores generales de la velocidad del viento en trminos mensuales 63
5. Coeficientes del tanque evapormetro (Kp) para el Tanque Clase Apara diversas localizaciones y ambientes de los tanques y variosvalores de velocidad media del viento y de humedad relativa 81
6. Coeficientes del tanque evapormetro (Kp) para el Tanque TipoColorado para diversas localizaciones y ambientes de los tanquesy varios valores de velocidad media del viento y de humedad relativa 81
7. Coeficientes del tanque evapormetro (Kp):Ecuaciones de regresin derivadas de los Cuadros 5 y 6 82
8. Cocientes de evaporacin de diversos tipos de tanques y del tanquetipo Colorado para diversas condiciones climticas y ambientales 83
9. Valores aproximados de Kc ini correspondientes a eventos moderadosde humedecimiento (1040 mm) y texturas medias del suelo 95
10. Criterios generales de seleccin para los procedimientos delcoeficiente nico y dual del cultivo 98
11. Duracin de las etapas de desarrollo del cultivo para distintosperodos de siembra y regiones climticas 104
12. Valores del coeficiente nico (promedio temporal) del cultivo Kcy alturas medias mximas de las plantas para cultivos no estresadosy bien manejados en climas sub-hmedos (HRmin 45%, u2 2 m/s)para usar en la formula de la FAO Penman-Monteith ETo 110
13. Clasificacin de las lminas de precipitacin 115
14. Kc ini para arroz y varias condiciones climticas 121
15. Estimaciones empricas de datos mensuales de velocidad del viento 124
16. Valores tpicos de HRmin comparados con HRmedpara clasificaciones climticas generales 124
17. Coeficiente basal del cultivo Kcb para cultivos no estresados y bien manejados en climas sub-hmedos (HRmin 45%, u2 2 m/s)para ser usados en la Ecuacin de la FAO Penman-Monteith ETo 137
18. Guas generales para la derivacin de Kcb a partir de los valoresde Kc incluidos en el Cuadro 12 141
19. Caractersticas tpicas de humedad para diferentes tipos de suelo 144
20. Valores comunes de la fraccin fw de la superficie humedecidadel suelo por riego o lluvia 149
21. Valores comunes de la fraccin del suelo cubierta por lavegetacin (fc) y de la expuesta a la luz del sol (1-fc) 149
22. Rangos de profundidad mxima efectiva de las races (Zr)y fraccin de agotamiento de la humedad del suelo (p)para condiciones sin estrs hdrico, para cultivos comunes 163
23. Tolerancia a las sales de cultivos agrcolas comunes, expresada comola conductividad elctrica del extracto de saturacin del suelo correspondiente al umbral donde la productividad del cultivo
xse reduce por primera vez por debajo de la productividad potencial total (CEe umbral) y expresada como la pendiente (b) de reduccinen la productividad cuando la salinidad aumenta por encimadel CEe umbral 178
24. Coeficientes estacionales de respuesta de la productividad,FAO No. 33, serie de Riego y Drenaje 181
25. Reduccin aproximada del valor de Kc y de la evaporacin en lasuperficie e incrementos de la transpiracin para varios cultivoshortcolas bajo una cobertura completa de plstico, en comparacincon condiciones sin cobertura utilizando riego por goteo 196
Lista de recuadros
1. Captulos relacionados con el clculo de la evapotranspiracindel cultivo de referencia (ETo) presentados en este libro 8
2. Captulos relacionados con el clculo de la evapotranspiracindel cultivo bajo condiciones estndar (ETc) presentados en este libro 9
3. Captulos relacionados con el clculo de la evapotranspiracin delcultivo bajo condiciones no estndar (ETc aj) presentados en este libro 10
4. Resistencia aerodinmica de la superficie de pasto de referencia 21
5. Resistencia superficial (total) para el cultivo de referencia (pasto) 22
6. Derivacin de la ecuacin de FAO Penman-Monteith para el cultivo hipottico de referencia 26
7. Hoja de clculo para determinar el dficit de presin de vapor (es ea) 40
8. Conversin de valores de energa a evaporacin equivalente 44
9. Hoja de clculo para la radiacin extraterrestre (Ra)y la insolacin mxima (N) 49
10. Hoja de clculo para la radiacin neta (Rn) 53
11. Planilla para el clculo de ETo (FAO Penman-Monteith) 67
12. Descripcin del Tanque Clase A 84
13. Descripcin del tanque enterrado tipo Colorado 85
14. Demostracin del efecto del clima en el valor de Kc medpara el cultivo de trigo desarrollado bajo condiciones de campo 123
15. Caso de estudio: cultivo de frijol seco en Kimberly, Idaho,Estados Unidos (coeficiente nico del cultivo) 130
16. Caso de estudio de un cultivo de frijol seco (judias) en Kimberly,Idaho, Estados Unidos (coeficiente dual del cultivo) 158
17. Medicin y estimacin del IAF 186
18. Medicin y estimacin de fc eff 187
xi
Lista de ejemplos
1. Conversin de la evaporacin a partir de una unidad a otra 4
2. Determinacin de parmetros atmosfricos 32
3. Determinacin de la presin media de vapor de saturacin 36
4. Determinacin de la presin real de vapor a partir de lecturasdel psicrmetro 38
5. Determinacin de la presin real de vapor de la humedad relativa 39
6. Determinacin del dficit de presin de vapor 39
7. Conversin de la latitud en grados y minutos a radianes 46
8. Determinacin de la radiacin extraterrestre 47
9. Determinacin de la insolacin mxima 48
10. Determinacin de la radiacin solar con datos de insolacin real diaria 50
11. Determinacin de la radiacin neta de onda larga 52
12. Determinacin de la radiacin neta 53
13. Determinacin del flujo de calor en el suelo para perodos mensuales 55
14. Ajuste de datos de velocidad del viento a la altura estndar 56
15. Determinacin de la radiacin solar con datos de temperatura 61
16. Determinacin de la radiacin neta en ausencia de datos de radiacin 62
17. Determinacin de ETo con el promedio de los datos mensuales 70
18. Determinacin de ETo con datos diarios 72
19. Determinacin de ETo con datos horarios 75
20. Determinacin de ETo con datos faltantes 77
21. Determinacin de ETo con datos del tanque evapormetrousando Cuadros 83
22. Determinacin de ETo a travs del uso de ecuacionesadoptadas para el tanque de evaporacin 86
23. Estimacin del intervalo entre eventos de humedecimiento 116
24. Determinacin grfica del valor de Kc ini 116
25. Interpolacin entre eventos de humedecimiento ligeros y pesados 119
26. Determinacin del valor de Kc ini para humedecimiento parcialde la superficie del suelo 120
27. Determinacin de Kc med 125
28. Determinacin numrica de Kc 133
29. Seleccin y ajuste del coeficiente basal del cultivo, Kcb 136
30. Determinacin de los valores diarios de Kcb 141
31. Determinacin de la evapotranspiracin en un suelo descubierto 146
32. Clculo del coeficiente del cultivo (Kcb + Ke) bajo riego por aspersin 150
33. Clculo del coeficiente del cultivo (Kcb + Ke) bajo riego por surcos 151
34. Clculo del coeficiente del cultivo (Kcb + Ke) bajo riego por goteo 151
35. Estimacin de la evapotranspiracin del cultivoa travs del procedimiento del coeficiente dual del cultivo 154
xii
36. Determinacin del agua fcilmente aprovechablepara diferentes cultivos y tipos de suelo 166
37. Efecto del estrs hdrico en la evapotranspiracin del cultivo 168
38. Calendario de riego para evitar situaciones de estrs hdrico 172
39. Efecto de la salinidad del suelo en la evapotranspiracin del cultivo 182
40. Aproximacin inicial del coeficiente del cultivo para la etapade mediados de temporada para vegetacin escasa 185
41. Estimacin del coeficiente del cultivo para la etapade mediados de temporada 190
42. Estimacin del coeficiente del cultivo para la etapa de mediadosde temporada para una cobertura reducida del suelo 191
43. Estimacin de Kcb med utilizando la cobertura del sueloy considerando la reduccin por control estomtico 192
44. Estimacin aproximada de Ks a partir de los datos deproductividad del cultivo 194
45. Efectos de la cobertura plstica sobre la superficie 197
46. Cultivo intercalado de maz y calabacn 200
47. Vegetacin solapada 201
xiii
Prefacio
En esta publicacin se presenta una actualizacin del procedimiento para calcular la evapotranspiracin de referencia y la evapotranspiracin del cultivo a partir de datos meteorolgicos y coeficientes del cultivo. El procedimiento, que fue presentado por primera vez en la publicacin de la Serie de Riego y Drenaje de la FAO No. 24 Las Necesidades de Agua de los Cultivos, se denomina como el enfoque de Kc ETo, donde los efectos del clima sobre los requerimientos de agua del cultivo vienen reflejados en la evapotranspiracin del cultivo de referencia ETo y el efecto del cultivo se incorpora en el coeficiente del cultivo Kc. Otros procedimientos desarrollados en la citada publicacin de la Serie de Riego y Drenaje de la FAO No. 24, tales como la estimacin de la precipitacin confiable y la precipitacin efectiva, el clculo de los requerimientos de riego y el clculo de los calendarios de riego, no se tratan en la presente publicacin, pero sern temas a considerar en publicaciones futuras de esta serie.
Desde la aparicin de la publicacin de la Serie de Riego y Drenaje de la FAO No. 24 en 1977, los avances en investigacin y la disponibilidad de clculos ms precisos del uso del agua por los cultivos han indicado la necesidad de actualizar las metodologas de la FAO para el clculo de ETo. Se encontr que el mtodo de Penman modificado de la FAO produca con frecuencia sobreestimaciones del valor de ETo, mientras que otros mtodos recomendados por la FAO, especficamente los mtodos de la radiacin, Blaney-Criddle y el mtodo del tanque de evaporacin, mostraron una correspondencia variable con respecto a la evapotranspiracin de referencia del pasto.
En Mayo de 1990, la FAO organiz una consulta de expertos e investigadores, con la colaboracin de la Comisin Internacional de Riego y Drenaje y la Organizacin Meteorolgica Mundial, para revisar las metodologas de la FAO para la determinacin de los requerimientos de agua de los cultivos y para producir lineamientos para la revisin y actualizacin de los procedimientos utilizados.
El panel de expertos recomend la adopcin del mtodo combinado de Penman-Monteith como el nuevo procedimiento estndar para la evapotranspiracin de referencia e indic los procedimientos para calcular los distintos parmetros incluidos en el mtodo. Se desarroll entonces el mtodo de FAO Penman-Monteith, definiendo el cultivo de referencia como un cultivo hipottico con una altura asumida de 0,12 m, con una resistencia de la superficie de 70 s m-1 y un albedo de 0,23 m, lo que asemeja a la evaporacin que ocurre en una superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, creciendo activamente y bien regada. El nuevo mtodo supera las limitaciones del mtodo anterior de Penman de la FAO y produce valores que son ms consistentes con datos reales del uso de agua de los cultivos obtenidos mundialmente. Adems se han desarrollado procedimientos y recomendaciones para la utilizacin del mtodo de la FAO Penman-Monteith con datos climticos limitados, eliminando por lo tanto la necesidad de utilizar otros mtodos para la estimacin de la evapotranspiracin y creando una base consistente y transparente para una estandarizacin universal de los clculos de los requerimientos de agua de los cultivos.
El mtodo de la FAO Penman-Monteith utiliza datos climticos estndar los cuales pueden ser fcilmente medidos o derivados de datos comnmente medidos. Todos los procedimientos de clculo han sido estandarizados en funcin de los datos meteorolgicos disponibles y la escala de tiempo de los clculos. Los mtodos de clculo, as como los procedimientos para la estimacin de datos climticos faltantes, se presentan en esta publicacin.
xiv
En el enfoque del Kc ETo, las diferencias en la vegetacin del cultivo y en la resistencia aerodinmica, con respecto al cultivo de referencia, resultan consideradas en el coeficiente del cultivo. El coeficiente Kc sirve como una integracin de todas las diferencias fsicas y fisiolgicas entre los cultivos. Se presentan dos mtodos de clculo para la determinacin de la evapotranspiracin del cultivo a partir del valor de ETo. El primer enfoque integra la relacin entre la evapotranspiracin del cultivo y la evapotranspiracin del cultivo de referencia dentro de un coeficiente nico Kc. En el segundo enfoque Kc se divide en dos factores que describen por separado los componentes de la evaporacin (Ke) y la transpiracin (Kcb). La seleccin del enfoque apropiado de Kc depender del propsito de los clculos y de la frecuencia de los datos (diaria, semanal, mensual, etc.) disponibles para los clculos.
Los ltimos captulos presentan varios procedimientos que pueden ser utilizados para realizar ajustes al coeficiente del cultivo y que toman en cuenta las desviaciones de las condiciones de desarrollo del cultivo con respecto a las condiciones estndar, tales como la presencia de estrs hdrico y salino, baja densidad de plantas, factores ambientales y las prcticas de manejo del cultivo.
Los ejemplos incluidos ilustran los distintos procedimientos de clculo considerados a lo largo de la publicacin. La mayora de los clculos, principalmente todos aquellos requeridos para el clculo de la evapotranspiracin del cultivo de referencia y el mtodo del coeficiente nico del cultivo, pueden ser llevados a cabo utilizando una calculadora de bolsillo, las hojas de clculo y las numerosos cuadros incluidos en esta publicacin. El usuario podra adems disear algoritmos de computacin, utilizando hojas de clculo electrnicas o cualquier lenguaje de programacin.
Los procedimientos incluidos en esta publicacin tienen como objetivo suministrar guas para los gerentes de proyectos, consultores, ingenieros de riego, agrnomos, meteorlogos y estudiantes, para la determinacin de la evapotranspiracin del cultivo de referencia y la evapotranspiracin de los cultivos. Estos procedimientos pueden ser utilizados para determinar los requerimientos de agua de cultivos bajo riego o secano y para calcular el consumo de agua tanto de vegetacin agrcola como vegetacin natural.
xv
Agradecimientos
Este material constituye el esfuerzo de ocho aos de deliberaciones y consultas por parte de los autores, quienes conformaron el grupo de trabajo designado para llevar a efecto las recomendaciones de la consulta de expertos de la FAO llevada a cabo en Mayo de 1990 en Roma. Esta consulta fue organizada para revisar los, hasta entonces, procedimientos de la FAO para la determinacin de las Necesidades de Agua de los Cultivos, presentados en 1977 en la publicacin de la Serie de Riego y Drenaje de la FAO No. 24 (FAO-24), cuyos autores fueron J. Doorenbos y W. Pruitt. El enfoque conceptual introducido en las metodologas revisadas de la presente publicacin es producto del grupo de destacados expertos congregados en la reunin de 1990 quienes han contribuido de manera importante en el desarrollo de estudios adicionales conducidos dentro del enfoque de la publicacin. Miembros de la consulta de expertos de la FAO de 1990 incluyen Dr P. Fleming de Australia, Dr A. Perrier de Francia, Drs L. Cavazza y L. Tombesi de Italia, Drs R. Feddes y J. Doorenbos de Holanda, Dr L.S. Pereira de Portugal, Drs J.L. Monteith y H. Gunston del Reino Unido, Drs R. Allen, M. Jensen y W.O. Pruitt de los Estados Unidos de Amrica, Dr D. Rijks de la Organizacin Meteorolgica Mundial y personal de la FAO.
Muchos otros especialistas y personas pertenecientes a diferentes organizaciones e institutos han aportado, en diferentes grados y en diferentes etapas, importantes recomendaciones y contribuciones. Un agradecimiento especial por esta contribucin se debe en particular al Profesor W.O. Pruitt (retirado) de la Universidad de California, Davis y a J. Doorenbos de la FAO (retirado) los cuales fijaron los estndares y modelos a seguir en este trabajo a travs del trabajo predecesor de FAO-24, y para el Prof. J.L. Monteith cuyo inigualable trabajo marc las bases cientficas para la revisin de ETo. El Prof. Pruitt, a pesar de su estatus emeritus, ha contribuido permanentemente haciendo disponible datos esenciales e impartiendo recomendaciones acerca de conceptos crticos. El Dr James L. Wright del USDA, Kimberly, Idaho, contribuy igualmente al proveer datos para diferentes cultivos obtenidos a travs de lismetros de precisin. Importantes contribuciones adicionales o revisiones en etapas crticas de esta publicacin fueron recibidas de los Drs. M. Jensen, G. Hargreaves y C. Stockle de los Estados Unidos, Dr B. Itier de Francia, y varios miembros de los grupos de trabajo tcnico de la Comisin Internacional de Riego y Drenaje (ICID) y las Sociedades Americanas de Ingenieros Civiles y Agrcolas.
Los autores agradecen a sus respectivas instituciones, Utah State University, Instituto Superior de Agronoma de Lisboa, Katholieke Universiteit Leuven y FAO por el generoso soporte del tiempo en nuestras facultades y servicios del personal durante la preparacin de esta publicacin.
Los autores quieren expresar su gratitud al Sr. H. Wolter (retirado), Director de la Direccin de Fomento de Tierras y Aguas por su estmulo en la preparacin de esta publicacin y a los colegas de la FAO y otras personas quienes han revisado este documento y realizado valiosos comentarios.
Un agradecimiento especial a Ricardo Trezza de la Universidad de los Andes de Venezuela y a Magali Garcia de la Universidad Mayor de San Andrs de Bolivia por la traduccin al espaol. Finalmente se agradece la contribucin de Juan Antonio Sagardoy y Giovanni Muoz por la revisin final y de Simone Morini por la preparacin del texto y de su formato.
xvi
Lista de ecuaciones
1. Ecuacin del balance de energa 11
2. Balance del agua en el suelo 12
3. Expresin de Penman-Monteith de la ecuacin combinada 19
4. Resistencia aerodinmica (ra) 20
5. Resistencia (total) de la superficie (rs) 21
6. Ecuacin FAO Penman-Monteith, escala de tiempo diaria,de diez das y mensual 25
7. Presin atmosfrica (P) 31
8. Constante psicromtrica (a) 319. Temperatura media del aire (Tmedia) 32
10. Humedad relativa (HR) 35
11. Presin de vapor a saturacin en funcin de la temperatura (e(T)) 36
12. Presin de vapor a saturacin (es) 36
13. Pendiente e(T) curva (6) 3614. Presin real de vapor obtenida de la temperatura del punto de roco (ea) 37
15. Presin real de vapor obtenida de datos psicromtricos (ea) 37
16. Constante psicromtrica del instrumento (psicrmetro) (apsy) 3717. Presin real de vapor obtenida de HRmax y HRmin (ea) 38
18. Presin real de vapor obtenida de HRmax (ea) 38
19. Presin real de vapor obtenida de RHmed (ea) 39
20. Conversin de energa a evaporacin equivalente 43
21. Radiacin extraterrestre para perodos diarios (Ra) 45
22. Conversin de grados decimales a radianes 46
23. Inverso de la distancia relativa Tierra-Sol (dr) 46
24. Declinacin solar (b) 4625. Angulo horario al ocaso funcin arco coseno (ts) 4626. Angulo horario al ocaso funcin arco tangente (ts) 4627. Parmetro X de la Ecuacin 26 46
28. Radiacin extraterrestre para perodos horarios o inferiores (Ra) 47
29. Angulo del tiempo solar al inicio del perodo (t1) 4730. Angulo del tiempo solar al final del perodo (t2) 4731. Angulo del tiempo solar a la mitad del perodo (t) 4832. Correccin estacional del tiempo solar (Sc) 48
33. Parmetro b de la Ecuacin 32 48
34. Horas de insolacin (N) 48
35. Radiacin solar (Rs) 50
36. Radiacin para das despejados cerca del nivel del mar (Rso) 51
37. Radiacin para das despejados para altitudes mayores (Rso) 51
38. Radiacin neta solar o de onda corta (Rns) 51
39. Radiacin neta de onda larga (Rnl) 52
xvii
40. Radiacin neta (Rn) 53
41. Flujo de calor en el suelo (G) 54
42. Flujo de calor en el suelo para perodos diarios o de diez das (Gday) 54
43. Flujo de calor en el suelo para perodos mensuales (Gmes) 54
44. Flujo de calor en el suelo para perodos mensuales si Tmes,i+1es desconocido (Gmes) 54
45. Flujo de calor en el suelo para perodos horarioso inferiores durantes horas diurnas (Ghr) 55
46. Flujo de calor en el suelo para perodos horarioso inferiores durantes horas nocturnas (Ghr) 55
47. Ajuste de la velocidad del viento a la altura estndar (u2) 56
48. Estimacin de la presin real de vapor a partir de Tmin (ea) 58
49. Importando radiacin solar de una estacin meteorolgica cercana (Rs) 59
50. Estimacin de la radiacin solar a partir de diferencias de temperatura (frmula de Hargreaves) 60
51. Estimacin de la radiacin solar en islas (Rs) 62
52. Ecuacin de evapotranspiracin de referencia de Hargreaves 1985 64
53. Ecuacin de FAO Penman-Monteith para perodos horarios 74
54. Presin real de vapor para perodos horarios 74
55. Estimacin de ETo a partir de datos del tanque evapormetro 79
56. Evapotranspiracin del cultivo (ETc) 89
57. Coeficiente dual del cultivo 99
58. Evapotranspiracin del cultivo coeficiente nico del cultivo (ETc) 103
59. Interpolacin para lminas infiltradas entre 10 y 40 mm 117
60. Ajuste de Kc ini por humedecimiento parcial del suelo 119
61. Lmina de riego para la porcin humedecida del suelo (Iw) 119
62. Ajuste climtico del valor de Kc med 123
63. Humedad relativa mnima estimada a partir de e(Troco) 124
64. Humedad relativa mnima estimada a partir de e(Tmin) 124
65. Ajuste climtico de Kc fin 127
66. Interpolacin de Kc para las etapas de desarrollo y final 132
67. Relacin entre coeficientes del cultivo basados en el pasto y la alfalfa 133
68. Cociente entre el Kc basado en el pasto y el Kc basado en la alfalfapara Kimberly, Idaho 134
69. Evapotranspiracin del cultivo coeficiente dual del cultivo (ETc) 135
70. Ajuste climtico de Kcb 136
71. Coeficiente de la evaporacin en el suelo (Ke) 142
72. Limite superior de la evaporacin y evapotranspiracinpara cualquier superficie cultivada (Kc max) 143
73. Lmina mxima de agua que puede ser evaporadade la capa superficial del suelo (AET) 144
74. Coeficiente de reduccin de la evaporacin (Kr) 146
75. Fraccin expuesta y humedecida del suelo (few) 147
76. Fraccin efectiva de la superficie del suelo que es cubiertapor la vegetacin (fc) 149
77. Balance diario del agua del suelo para la fraccin expuestay humedecida del suelo 151
xviii
78. Limites del agotamiento del agua del suelodebido a la evaporacin (De) 153
79. Agua que drena fuera de la capa superficial del suelo (DPe) 156
80. Evapotranspiracin del cultivo ajustada por estrs hdrico coeficiente dual del cultivo 161
81. Evapotranspiracin del cultivo ajustada por estrs hdrico coeficiente nico del cultivo 161
82. Agua disponible total en la zona radicular (ADT) 162
83. Agua fcilmente aprovechable en la zona radicular del suelo (AFA) 162
84. Coeficiente de estrs hdrico (Ks) 169
85. Balance de agua en la zona radicular 170
86. Limites del agotamiento de agua en la zona radiculardebido a la evapotranspiracin (Dr) 170
87. Agotamiento inicial (Dr,i-1) 170
88. Percolacin profunda (DP) 171
89. Productividad relativa del cultivo (Ya/Ym) determinada segnla salinidad del suelo (ECe) y el umbral de salinidad del cultivo 176
90. Funcin de respuesta de la productividad del cultivo a ladisponibilidad de agua (FAO Estudio de la serie de Riegoy Drenaje No. 33) 176
91. Coeficiente de estrs hdrico (Ks) bajo condiciones de salinidad 177
92. Coeficiente de estrs hdrico (Ks) bajo condiciones de salinidady estrs hdrico 177
93. Salinidad del suelo (ECe) estimada a partir de la fraccinde lavado (LF) y la calidad del agua de riego (ECiw) 181
94. Kc aj para cobertura reducida de las plantas 184
95. Coeficiente de ajuste (a partir del IAF) 185
96. Coeficiente de ajuste (a partir de fc) 185
97. K(cb med) aj a partir del ndice de rea Foliar 186
98. K(cb med) aj a partir de la cobertura efectiva de la superficie del suelo 187
99. Kcb full para cultivos agrcolas 189
100. Kcb full para vegetacin natural 189
101. Kcb h para cobertura vegetal completa 189
102. Ajuste por control estomtico (Fr) 191
103. Coeficiente de estrs hdrico (Ks) estimado a partir de la funcin de respuesta de la productividad del cultivo a la disponibilidad de agua 194
104. Coeficiente del cultivo estimado para campos con cultivosintercalados (Kc campo) 199
105. Coeficiente del cultivo estimado para barreras rompevientos (Kc) 202
xix
Lista de los smbolosprincipales y acrnimos
apsi coeficiente del psicrmetro [C-1]as fraccin de la radiacin extraterrestre que llega a la tierra en un da nublado
[-]as+bs fraccin de la radiacin extraterrestre que llega a la tierra en un da despejado
[-]ADT agua disponible total en la zona radicular [mm]AET agua evaporable total (sea, la lmina mxima de agua que puede ser
evaporada de la capa superficial del suelo [mm]AFA agua fcilmente aprovechable de la zona radicular del suelo [mm]AFE agua fcilmente evaporable (sea, la lmina mxima de agua que puede ser
evaporada sin restricciones de la capa superficial del suelo durante la etapa 1) [mm]
cp calor especfico [MJ kg-1 C-1]cs capacidad calorfica del suelo [MJ m-3 C-1]CR ascenso capilar [mm da-1]De lmina acumulada de evaporacin (agotamiento) de la capa superficial del
suelo [mm]Dr lmina acumulada de evapotranspiracin (agotamiento) de la zona radicular
del suelo [mm]d altura del plano de desplazamiento nulo [m]dr inverso de la distancia relativa Tierra-Sol [-]DP percolacin profunda [mm]DPe percolacin profunda que abandona la capa evaporante [mm]E evaporacin [mm da-1]Epan evaporacin en el tanque evapormetro [mm da-1]e(T) presin de vapor a saturacin a la temperatura del aire T [kPa] es presin de vapor a saturacin para un perodo determinado [kPa]ea presin real de vapor [kPa]es - ea dficit de presin de vapor con respecto a la saturacinECe conductividad elctrica del extracto de saturacin del suelo [dS m-1]ECe umbral conductividad elctrica del extracto de saturacin del suelo por encima de
la cual empieza a disminuir la productividad del cultivo [dS m-1]ET evapotranspiracin [mm da-1]ETo evapotranspiracin del cultivo de referencia [mm da-1]ETc evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones estndar [mm da-1]ETc aj evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones no-estndar [mm da-1]exp[x] 2,7183 (base del logaritmo natural) elevado a la potencia xFr factor de correccin de la resistencia [-]fc fraccin de la superficie del suelo cubierta por la vegetacin (observada
verticalmente desde arriba) [-]fc eff fraccin efectiva de la superficie del suelo cubierta por la vegetacin [-]1-fc fraccin expuesta del suelo [-]fw fraccin de la superficie del suelo humedecida por el riego o la lluvia [-]few fraccin del suelo que se encuentra expuesta y humedecida (a partir de la
cual ocurre la mayor parte de la evaporacin) [-]
xx
G flujo de calor en el suelo [MJ m-2 da-1]Gday flujo de calor en el suelo para perodos diarios y de diez das [MJ m-2 da-
1]Ghr flujo de calor en el suelo para perodos horarios e inferiores [MJ m-2 hora-
1]Gmes flujo de calor en el suelo para perodos mensuales [MJ m-2 da-1]Gsc constante solar [0,0820 MJ m-2 min-1]H calor sensible [MJ m-2 da-1]HR humedad relativa [%]HRhr promedio de humedad relativa horariaHRmax humedad relativa mxima diaria [%]HRmedia humedad relativa media diaria [%]HRmin humedad relativa mnima diaria [%]HWR cociente entre la altura y el anchoh altura del cultivo [m]I lmina infiltrada de riego (neta) [mm]IAF ndice de rea foliar [m2 (rea foliar) m-2 (superficie del suelo)]IAFactiva ndice del rea foliar activa (soleada) [-]Iw lmina infiltrada de riego en la porcin humedecida de la superficie [mm]J nmero del da en el ao [-]Kc coeficiente del cultivo [-]Kc ini coeficiente del cultivo durante la etapa inicial de crecimiento [-]Kc med coeficiente del cultivo durante la etapa de mediados de temporada [-]Kc fin coeficiente del cultivo al finalizar la etapa final de crecimiento [-]Kc max valor mximo del coeficiente del cultivo (a continuacin de una lluvia o
riego) [-]Kc min valor mnimo del coeficiente del cultivo (suelo seco sin cobertura del suelo)
[-]Kcb coeficiente basal del cultivo [-]Kcb full coeficiente basal del cultivo durante la etapa de mediados de temporada (en
el mximo del tamao o altura de la planta) para vegetacin con cobertura completa del suelo de IAF > 3 [-]
Kcb ini coeficiente basal del cultivo durante la etapa inicial de crecimiento [-]Kcb med coeficiente basal del cultivo durante la etapa de mediados de temporada [-]Kcb fin coeficiente basal del cultivo al finalizar la etapa final de crecimiento [-]Ke coeficiente de evaporacin en el suelo [-]Kp coeficiente del tanque evapormetro [-]Kr coeficiente de reduccin de la evaporacin en el suelo [-]Ks coeficiente de estrs hdrico [-]Ky factor de respuesta de la productividad del cultivo [-]k constante de von Karmans [0,41] [-]kRs coeficiente de ajuste para la formula de radiacin de Hargreaves [C-0,5]Lini duracin de la etapa inicial de crecimiento del cultivo [da]Ldes duracin de la etapa de desarrollo del cultivo [da]Lmed duracin de la etapa de mediados de temporada [da]Lfin duracin de la etapa de final de temporada [da]Lz longitud del centro de la zona del tiempo local [grados oeste de
Greenwich]Lm longitud [grados oeste de Greenwich]N duracin mxima de la insolacin durante el da o el mximo nmero de
horas de sol durante el da [hora]n duracin real de la insolacin durante el da o el nmero real de horas de
sol durante el da [hora]
xxi
n/N relacin de la duracin de la insolacin o fraccin de insolacin [-]P precipitacin [mm], presin atmosfrica [kPa]p factor de agotamiento del agua en el suelo [-]R constante especfica del gas [0,287 kJ kg-1 K-1]Ra radiacin extraterrestre [MJ m-2 da-1]Rl radiacin de onda larga [MJ m-2 da-1]Rn radiacin neta [MJ m-2 da-1]Rnl radiacin neta de onda larga [MJ m-2 da-1]Rns radiacin solar neta o radiacin neta de onda corta [MJ m-2 da-1]Rs radiacin solar o radiacin de onda corta [MJ m-2 da-1]Rso radiacin solar o de onda corta para cielo despejado [MJ m-2 da-1]ra resistencia aerodinmica [s m-1]rl resistencia estomtica (total) de una hoja bien iluminada [s m-1]rs resistencia del cultivo o resistencia superficial (total) [s m-1]Rs/Rso fraccin de radiacin solar o fraccin de radiacin de onda corta [-]RO escurrimiento superficial [mm]Sc factor de correccin estacional del tiempo solar [hora]SF flujo sub-superficial [mm]SW contenido de agua en el suelo [m3(agua) m-3(suelo)]T temperatura del aire [C]TK temperatura del aire [K]TKv temperatura virtual del aire [K]Troco temperatura de roco [C]Tseco temperatura del bulbo seco [C]Tmax temperatura mxima diaria del aire [C]Tmax,K temperatura mxima diaria del aire [K]Tmedia temperatura media diaria del aire [C]Tmin temperatura mnima diaria del aire [C]Tmin,K temperatura mnima diaria del aire [K]Thmedo temperatura del bulbo hmedo [C]t tiempo [hora]u2 velocidad del viento a 2 m sobre la superficie del suelo [m s-1]uz velocidad del viento a una altura z m sobre la superficie del suelo [m s-1]W agua precipitable en la atmsfera [mm]Ya productividad real del cultivo [kg ha-1]Ym productividad mxima (esperada) del cultivo en ausencia de estrs hdrico o
estrs ambiental [kg ha-1]Ze profundidad de la capa superficial del suelo sujeta al secado a travs de la
evaporacin [m]Zr profundidad de las races [m]z altitud, altura sobre el nivel del mar [m]zh altura de las mediciones de humedad [m]zm altura de las mediciones de viento [m]zom longitud de la rugosidad para la transferencia de momentum [m]zoh longitud de la rugosidad para la transferencia de calor y vapor de agua [m]_ albedo [-]a constante psicromtrica [kPa C-1]apsy constante psicromtrica del instrumento [kPa C-1]6 pendiente de la curva de presin de vapor a saturacin [kPa C-1]6SW variacin en el contenido de agua en el suelo [mm]6t duracin del intervalo de tiempo [da]6z profundidad efectiva del suelo [m]b declinacin solar [rad]
xxii
cociente entre los pesos moleculares del vapor de agua/aire seco (= 0,622)d ngulo medio del sol sobre el horizontee contenido de agua en el suelo [m3(agua) m-3(suelo)]eFC contenido de agua en el suelo a capacidad de campo [m3(agua) m-3(suelo)]et valor umbral del contenido de agua en el suelo por debajo del cual se reduce
la transpiracin debido al estrs hdrico [m3(agua) m-3(suelo)]eWP contenido de agua en el suelo en el punto de marchitez permanente
[m3(agua) m-3(suelo)]h calor latente de vaporizacin [MJ kg-1]hET flujo de calor latente [MJ m-2 da-1]la densidad media del aire [kg m-3]lw densidad del agua [kg m-3]m Constante de Stefan-Boltzmann [4,903 10-9 MJ K-4 m-2 da-1] latitud [rad]t ngulo del tiempo solar a la mitad del perodo horario o inferior [rad]t1 ngulo del tiempo solar al comienzo del perodo horario o inferior [rad]t2 ngulo del tiempo solar al final del perodo horario o inferior [rad]ts ngulo horario al ocaso [rad]
1Captulo 1
Introduccin a la evapotranspiracin
Este captulo explica los conceptos y las diferencias entre evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo), la evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones estndar (ETc) y la evapotranspiracin del cultivo bajo varias condiciones de manejo y ambientales (ETc aj). Tambin examina los factores que afectan la evapotranspiracin, las unidades en las cuales se expresa normalmente y la manera en la cual puede ser determinada.
PROCESO DE EVAPOTRANSPIRACIN Se conoce como evapotranspiracin (ET) la combinacin de dos procesos separados por los que el agua se pierde a travs de la superficie del suelo por evaporacin y por otra parte mediante transpiracin del cultivo
Evaporacin La evaporacin es el proceso por el cual el agua lquida se convierte en vapor de agua (vaporizacin) y se retira de la superficie evaporante (remocin de vapor). El agua se evapora de una variedad de superficies, tales como lagos, ros, caminos, suelos y la vegetacin mojada.
Para cambiar el estado de las molculas del agua de lquido a vapor se requiere energa. La radiacin solar directa y, en menor grado, la temperatura ambiente del aire, proporcionan esta energa. La fuerza impulsora para retirar el vapor de agua de una superficie evaporante es la diferencia entre la presin del vapor de agua en la superficie evaporante y la presin de vapor de agua de la atmsfera circundante. A medida que ocurre la evaporacin, el aire circundante se satura gradualmente y el proceso se vuelve cada vez mas lento hasta detenerse completamente si el aire mojado circundante no se transfiere a la atmsfera o en otras palabras no se retira de alrededor de la hoja. El reemplazo del aire saturado por un aire ms seco depende grandemente de la velocidad del viento. Por lo tanto, la radiacin, la temperatura del aire, la humedad atmosfrica y la velocidad del viento son parmetros climatolgicos a considerar al evaluar el proceso de la evaporacin.
Cuando la superficie evaporante es la superficie del suelo, el grado de cobertura del suelo por parte del cultivo y la cantidad de agua disponibles en la superficie evaporante son otros factores que afectan el proceso de la evaporacin. Lluvias frecuentes, el riego y el ascenso capilar en un suelo con manto fretico poco profundo, mantienen mojada la superficie del suelo. En zonas en las que el suelo es capaz de proveer agua con velocidad suficiente para satisfacer la demanda de la evaporacin del suelo, este proceso est determinado solamente por las condiciones meteorolgicas. Sin embargo, en casos en que el intervalo entre la lluvia y el riego es grande y la capacidad del suelo de conducir la humedad cerca de la superficie es reducida, el contenido en agua en los horizontes superiores disminuye y la superficie del suelo se seca. Bajo estas circunstancias, la disponibilidad limitada del agua ejerce un control sobre la evaporacin del suelo. En ausencia de cualquier fuente de reabastecimiento de agua a la superficie del suelo, la evaporacin disminuye rpidamente y puede cesar casi totalmente en un corto lapso de tiempo.
Evapotranspiracin del cultivo2
vapor de agua
cutcula
clulasepidermales
Atmsfera
clulasdel meslo
espaciointercelular
agua
FIGURA 1Representacin esquemtica de un estoma
tiempo
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Part
ici
n d
e la
eva
po
tran
spir
aci
n
transpiracin
siembra cosecha
I AF
evaporacin del suelo
nd
ice
del
re
a fo
liar
(IA
F)FIGURA 2
Reparticin de la evapotranspiracin en evaporacin y transpiracindurante el periodo de crecimiento de un cultivo anual
Captulo 1 Introduccin a la evapotranspiracin 3
Transpiracin La transpiracin consiste en la vaporizacin del agua lquida contenida en los tejidos de la planta y su posterior remocin hacia la atmsfera. Los cultivos pierden agua predominantemente a travs de los estomas. Estos son pequeas aberturas en la hoja de la planta a travs de las cuales atraviesan los gases y el vapor de agua de la planta hacia la atmsfera (Figura 1). El agua, junto con algunos nutrientes, es absorbida por las races y transportada a travs de la planta. La vaporizacin ocurre dentro de la hoja, en los espacios intercelulares, y el intercambio del vapor con la atmsfera es controlado por la abertura estomtica. Casi toda el agua absorbida del suelo se pierde por transpiracin y solamente una pequea fraccin se convierte en parte de los tejidos vegetales.
La transpiracin, igual que la evaporacin directa, depende del aporte de energa, del gradiente de presin del vapor y de la velocidad del viento. Por lo tanto, la radiacin, la temperatura del aire, la humedad atmosfrica y el viento tambin deben ser considerados en su determinacin. El contenido de agua del suelo y la capacidad del suelo de conducir el agua a las races tambin determinan la tasa de transpiracin, as como la salinidad del suelo y del agua de riego. La tasa de transpiracin tambin es influenciada por las caractersticas del cultivo, el medio donde se produce y las prcticas de cultivo. Diversas clases de plantas pueden tener diversas tasas de transpiracin. Por otra parte, no solamente el tipo de cultivo, sino tambin su estado de desarrollo, el medio donde se produce y su manejo, deben ser considerados al evaluar la transpiracin.
Evapotranspiracin (ET) La evaporacin y la transpiracin ocurren simultneamente y no hay una manera sencilla de distinguir entre estos dos procesos. Aparte de la disponibilidad de agua en los horizontes superficiales, la evaporacin de un suelo cultivado es determinada principalmente por la fraccin de radiacin solar que llega a la superficie del suelo. Esta fraccin disminuye a lo largo del ciclo del cultivo a medida que el dosel del cultivo proyecta ms y ms sombra sobre el suelo. En las primeras etapas del cultivo, el agua se pierde principalmente por evaporacin directa del suelo, pero con el desarrollo del cultivo y finalmente cuando este cubre totalmente el suelo, la transpiracin se convierte en el proceso principal. En la Figura 2 se presenta la evapotranspiracin dividida en sus dos componentes (evaporacin y transpiracin) en relacin con el rea foliar por unidad de superficie de suelo debajo de l. En el momento de la siembra, casi el 100% de la ET ocurre en forma de evaporacin, mientras que cuando la cobertura vegetal es completa, ms del de 90% de la ET ocurre como transpiracin.
UNIDADES La evapotranspiracin se expresa normalmente en milmetros (mm) por unidad de tiempo. Esta unidad expresa la cantidad de agua perdida de una superficie cultivada en unidades de altura de agua. La unidad de tiempo puede ser una hora, da, 10 das, mes o incluso un completo perodo de cultivo o un ao.
Como una hectrea tiene una superficie de 10 000 m2 y 1 milmetro es igual a 0,001 m, una prdida de 1 mm de agua corresponde a una prdida de 10 m3 de agua por hectrea. Es decir 1 mm da-1 es equivalente 10 m3 ha-1 da-1.
La altura del agua se puede tambin expresar en trminos de la energa recibida por unidad de rea. Esto ltimo se refiere a la energa o al calor requerido para vaporizar el agua. Esta energa, conocida como el calor latente de vaporizacin (h), es una funcin de la temperatura del agua. Por ejemplo, a 20C, h tiene un valor de cerca de 2,45 MJ Kg-1. Es decir 2,45 MJ son necesarios para vaporizar 1 kilogramo 0,001 m3 de agua. Por lo tanto, un aporte de energa de 2,45 MJ por m2 puede vaporizar 0,001 m 1 milmetro de agua, y entonces 1 milmetro de agua es equivalente a 2,45 MJ m-2. La evapotranspiracin expresada en unidades del MJ m-2 da-1 se representa por h ET, el flujo del calor latente.
Evapotranspiracin del cultivo4
El Cuadro 1 resume las unidades usadas para expresar la evapotranspiracin y los factores de conversin entre ellas.
CUADRO 1Factores de conversin para expresar evapotranspiracin
Altura de agua volumen por unidad de rea energa por unidad de rea *
mm da-1 m3 ha-1 da-1 l s-1 ha-1 MJ m-2 da-1
1 mm da-1 1 10 0,116 2,45
1 m3 ha-1 da-1 0,1 1 0,012 0,245
1 l s-1 ha-1 8,640 86,40 1 21,17
1 MJ m-2 da-1 0,408 4,082 0,047 1
* Para el agua con una densidad de 1 000 kilogramos m-3 y a 20 C.
EJEMPLO 1 Conversin de la evaporacin a partir de una unidad a otra
En un da de verano, la energa solar neta recibida en un lago alcanza 15 MJ por metro cuadrado por da.Si el 80% de la energa se usa para evaporar el agua, cual es el valor de la altura de agua evaporada?
De Cuadro 1:
Por lo tanto:
1 MJ m-2 da-1 =
0,8 x 15 MJ m-2 da-1 = 0,8 x 15 x 0,408 mm da -1 =
0,408
4,9
mm da-1
mm da-1
La tasa de evaporacin ser de 4,9 mm da-1
factoresde cultivo
variablesclimticas
ET
T
E
ETo
ETc
ETmanejo y
condicionesambientales c aj
FIGURA 3Factores que afectan la evapotranspiracin con referencia a conceptos relacionados de ET
Captulo 1 Introduccin a la evapotranspiracin 5
FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPOTRANSPIRACIN El clima, las caractersticas del cultivo, el manejo y el medio de desarrollo son factores que afectan la evaporacin y la transpiracin. Los conceptos relacionados a la ET y presentados en la Figura 3 se describen en la seccin sobre conceptos de evapotranspiracin.
Variables climticasLos principales parmetros climticos que afectan la evapotranspiracin son la radiacin, la temperatura del aire, la humedad atmosfrica y la velocidad del viento. Se han desarrollado varios procedimientos para determinar la evaporacin a partir de estos parmetros. La fuerza evaporativa de la atmsfera puede ser expresada por la evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo). La evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo) representa la prdida de agua de una superficie cultivada estndar. La ETo se describe ms adelante en este Captulo y en los Captulos 2 y 4 en forma ms detallada.
Factores de cultivo El tipo de cultivo, la variedad y la etapa de desarrollo deben ser considerados cuando se evala la evapotranspiracin de cultivos que se desarrollan en reas grandes y bien manejadas. Las diferencias en resistencia a la transpiracin, la altura del cultivo, la rugosidad del cultivo, el reflejo, la cobertura del suelo y las caractersticas radiculares del cultivo dan lugar a diferentes niveles de ET en diversos tipos de cultivos aunque se encuentren bajo condiciones ambientales idnticas. La evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones estndar (ETc) se refiere a la demanda evaporativa de la atmsfera sobre cultivos que crecen en reas grandes bajo condiciones ptimas de agua en el suelo, con caractersticas adecuadas tanto de manejo como ambientales, y que alcanzan la produccin potencial bajo las condiciones climticas dadas.
Manejo y condiciones ambientales Los factores tales como salinidad o baja fertilidad del suelo, uso limitado de fertilizantes, presencia de horizontes duros o impenetrables en el suelo, ausencia de control de enfermedades y de parsitos y el mal manejo del suelo pueden limitar el desarrollo del cultivo y reducir la evapotranspiracin. Otros factores que se deben considerar al evaluar la ET son la cubierta del suelo, la densidad del cultivo y el contenido de agua del suelo. El efecto del contenido en agua en el suelo sobre la ET est determinado primeramente por la magnitud del dficit hdrico y por el tipo de suelo. Por otra parte, demasiada agua en el suelo dar lugar a la saturacin de este lo cual puede daar el sistema radicular de la planta y reducir su capacidad de extraer agua del suelo por la inhibicin de la respiracin.
Cuando se evala la tasa de ET, se debe considerar adicionalmente la gama de prcticas locales de manejo que actan sobre los factores climticos y de cultivo afectando el proceso de ET. Las prcticas del cultivo y el mtodo de riego pueden alterar el microclima, afectar las caractersticas del cultivo o afectar la capacidad de absorcin de agua del suelo y la superficie de cultivo. Una barrera rompevientos reduce la velocidad del viento y disminuye la tasa de ET de la zona situada directamente despus de la barrera. El efecto puede ser significativo especialmente en condiciones ventosas, calientes y secas aunque la evapotranspiracin de los mismos rboles podra compensar cualquier reduccin en el campo. La evaporacin del suelo de un huerto con rboles jvenes, en donde los rboles estn ampliamente espaciados, puede ser reducida usando un sistema de riego por goteo bien diseado. Los goteros aplican el agua directamente al suelo cerca de los rboles, de modo en que dejan la mayor parte de la superficie del suelo seca, limitando las prdidas por evaporacin. El uso de coberturas, especialmente cuando el cultivo es pequeo, es otra manera de reducir substancialmente la evaporacin del suelo. Los anti-transpirantes, tales como estimulantes del cierre de
Evapotranspiracin del cultivo6
los estomas, o los materiales que favorecen el reflejo del suelo, reducen las prdidas de agua del cultivo y por lo tanto la tasa de transpiracin. Cuando las condiciones de campo difieran de las condiciones estndar, son necesarios factores de correccin para ajustar ETc (ETc aj). Estos factores de ajuste reflejan el efecto del ambiente y del manejo cultural de las condiciones de campo.
x =EToestrs hdrico y ambiental
RadiacinTemperaturaVientoHumedad
clima
+ =
x =
cultivo dereferencia
(pasto)ETo
ETc
ETc aj
ETo
Kc factor
Ks x Kc ajustado
pasto bien regado
cultivo bien regadocondiciones agronmicas ptimas
FIGURA 4Evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo), bajo condiciones estndar (ETc)
y bajo condiciones no estndar (ETc aj)
Captulo 1 Introduccin a la evapotranspiracin 7
CONCEPTOS DE EVAPOTRANSPIRACINEl concepto de evapotranspiracin incluye tres diferentes definiciones: evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo), evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones estndar (ETc), y evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones no estndar (ETc aj) (Figura 4). ETo es un parmetro relacionado con el clima que expresa el poder evaporante de la atmsfera. ETc se refiere a la evapotranspiracin en condiciones ptimas presentes en parcelas con un excelente manejo y adecuado aporte de agua y que logra la mxima produccin de acuerdo a las condiciones climticas. ETc requiere generalmente una correccin, cuando no existe un manejo ptimo y se presentan limitantes ambientales que afectan el crecimiento del cultivo y que restringen la evapotranspiracin, es decir, bajo condiciones no estndar de cultivo.
Evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo)La tasa de evapotranspiracin de una superficie de referencia, que ocurre sin restricciones de agua, se conoce como evapotranspiracin del cultivo de referencia, y se denomina ETo. La superficie de referencia corresponde a un cultivo hipottico de pasto con caractersticas especficas. No se recomienda el uso de otras denominaciones como ET potencial, debido a las ambigedades que se encuentran en su definicin.
El concepto de evapotranspiracin de referencia se introdujo para estudiar la demanda de evapotranspiracin de la atmsfera, independientemente del tipo y desarrollo del cultivo, y de las prcticas de manejo. Debido a que hay una abundante disponibilidad de agua en la superficie de evapotranspiracin de referencia, los factores del suelo no tienen ningn efecto sobre ET. El relacionar la ET a una superficie especfica permite contar con una referencia a la cual se puede relacionar la ET de otras superficies. Adems, se elimina la necesidad de definir un nivel de ET para cada cultivo y periodo de crecimiento. Se pueden comparar valores medidos o estimados de ETo en diferentes localidades o en diferentes pocas del ao, debido a que se hace referencia a ET bajo la misma superficie de referencia.
Los nicos factores que afectan ETo son los parmetros climticos. Por lo tanto, ETo es tambin un parmetro climtico que puede ser calculado a partir de datos meteorolgicos. ETo expresa el poder evaporante de la atmsfera en una localidad y poca del ao especficas, y no considera ni las caractersticas del cultivo, ni los factores del suelo. Desde este punto de vista, el mtodo FAO Penman-Monteith se recomienda como el nico mtodo de determinacin de ETo con parmetros climticos. Este mtodo ha sido seleccionado debido a que aproxima de una manera cercana la ETo de cualquier localidad evaluada, tiene bases fsicas slidas e incorpora explcitamente parmetros fisiolgicos y aerodinmicos. Adems, se han desarrollado procedimientos para la estimacin de los parmetros climticos faltantes.
El Cuadro 2 muestra rangos tpicos de valores de ETo en diferentes regiones agroclimticas. Estos valores pretenden familiarizar al usuario, sin recomendar su aplicacin directa. El clculo de la evapotranspiracin del cultivo de referencia se presenta en la Parte A de este manual (Recuadro 1).
Evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones estndar (ETc)La evapotranspiracin del cultivo bajo condiciones estndar se denomina ETc, y se refiere a la evapotranspiracin de cualquier cultivo cuando se encuentra exento de enfermedades, con buena fertilizacin y que se desarrolla en parcelas amplias, bajo ptimas condiciones de suelo y agua, y que alcanza la mxima produccin de acuerdo a las condiciones climticas reinantes.
Evapotranspiracin del cultivo8
La cantidad de agua requerida para compensar la prdida por evapotranspiracin del cultivo se define como necesidades de agua del cultivo. A pesar de que los valores de la evapotranspiracin del cultivo y de las necesidades de agua del cultivo son idnticos, sus definiciones conceptuales son diferentes. Las necesidades de agua del cultivo se refieren a la cantidad de agua que necesita ser proporcionada al cultivo como riego o precipitacin, mientras que la evapotranspiracin del cultivo se refiere a la cantidad de agua perdida a travs de la evapotranspiracin. La necesidad de riego bsicamente representa la diferencia entre la necesidad de agua del cultivo y la precipitacin efectiva. El requerimiento de agua de riego tambin incluye agua adicional para el lavado de sales, y para compensar la falta de uniformidad en la aplicacin de agua. El clculo de las necesidades de agua de riego no se incluye en este libro, pero ser tema central de un futuro libro dentro de la Serie Riego y Drenaje.
CUADRO 2
ETo promedio para diferentes regiones agroclimticas en mm da-1
Regiones
Temperatura promedio durante el da (C)
Templada~10C
Moderada20C
Caliente> 30C
Trpicos y subtrpicos
- hmedos y subhmedos
- ridos y semiridos
2 - 3
2 4
3 - 5
4 - 6
5 - 7
6 - 8
Regiones templadas
- hmedas y subhmedas
- ridas y semiridas
1 - 2
1 3
2 - 4
4 - 7
4 - 7
6 - 9
RECUADRO 1
Captulos relacionados con el clculo de evapotranspiracindel cultivo de referencia (ETo) presentados en este libro
PARTE A
Captulo 2 Ecuacin Penman-Monteith de la FAO: Este captulo explica al usuario la importancia de estandarizar el mtodo de clculo de ETo a partir de datos meteorolgicos. El mtodo FAO Penman-Monteith se recomienda como el nico mtodo para determinar ETo. Se describen el mtodo y las definiciones correspondientes de la superficie de referencia.
Captulo 3 Datos Meteorolgicos: El mtodo Penman-Monteith de la FAO requiere datos de radiacin, temperatura del aire, humedad atmosfrica y velocidad del viento. En este captulo se presentan procedimientos de clculo para derivar parmetros climticos de los datos meteorolgicos con los que se cuente. Tambin se presentan procedimientos para estimar valores faltantes de variables meteorolgicas existentes con el fin de calcular ETo. Con estos procedimientos es posible estimar la ETo con el mtodo FAO Penman-Monteith bajo cualquier circunstancia, an cuando no se cuenten con todos los datos climticos.
Captulo 4 Determinacin de ETo: Se describe el clculo de ETo de acuerdo a la ecuacin FAO Penman-Monteith, con distintos intervalos de tiempo, a partir de los principales parmetros meteorolgicos y tambin en casos de datos faltantes. Tambin se presenta la determinacin de la ETo a partir de la evaporacin del tanque Clase A.
Captulo 1 Introduccin a la evapotranspiracin 9
La evapotranspiracin del cultivo puede ser calculada a partir de datos climticos e integrando directamente los factores de la resistencia del cultivo, el albedo y la resistencia del aire en el enfoque de Penman-Monteith. Debido a que todava existe una considerable falta de informacin para los diferentes cultivos, el mtodo de Penman-Monteith se