Tesis de maestría
Ajuste de la evapotranspiración a equilibrio para las condiciones áridas del norte de México en el cultivo de maíz
Autor
Jiyane, Jabulani
Resumen
"El agua es el recurso más importante para la agricultura en las zonas áridas del norte de México. Sin embargo, los agricultores de estas zonas generalmente tienen eficiencias muy bajas en el uso del agua, ya que no se lleva un control de los volúmenes de agua evapotranspirados, para definir el tiempo oportuno y la cantidad de agua por aplicar en los riegos siguientes. Esto generalmente resulta en la aplicación de volúmenes de agua mayores ó menores que los requeridos y en tiempos no oportunos, con lo cual se tienen productividades de los cultivos inferiores a los de su potencial. Dada la poca disponibilidad de agua en estas zonas, se requiere hacer un uso más eficiente de este recurso, para lo cual se debe efectuar la determinación adecuada y oportuna de los requerimientos de agua en los cultivos. Varios modelos se han desarrollado para estimar la evapotranspiración actual de los cultivos (ET). Sin embargo, estos modelos han tenido pocas aplicaciones para el manejo del agua en condiciones practicas, ya que la información climática requerida no esta disponible ó se genera en una localidad muy lejana, cuyas condiciones climáticas pueden ser muy diferentes. Por ello, el objetivo de esta investigación, fue calibrar el modelo de la evapotranspiración a equilibrio para su aplicación en la estimación de la evapotranspiración real de los cultivos en las zonas áridas del norte de México.
Para ello, se estableció un trabajo de investigación durante el ciclo verano de 2001, en el campo experimental del Centro Nacional de Investigación Disciplinaría en Relación Agua-Suelo-Planta-Atmósfera (CENID RASPA), Gómez Palacio, Durango, México, en el cultivo de maíz (Zea mays L., variedad Asgrow 7573). Se midieron los componentes del balance de energía para determinar la tasa de evapotranspiración actual de los cultivos y la tasa de evapotranspiración a equilibrio mediante la metodología de la
Correlación Eddy y de la ecuación de balance de energía. Las determinaciones de la tasa de la evapotranspiración actual y a equilibrio se hicieron con datos instantáneos a una frecuencia de dos segundos para obtener promedios de 20 minutos, en forma continua a través del ciclo de desarrollo del cultivo. El flujo de calor latente (LE) (Wm-2) se obtuvo como residuo del balance de la energía. Los valores totales diarios de flujo de calor latente LE (MJ/m2) y la tasa de evapotranspiración ET (mm/día) se obtuvieron integrando los valores de LE de intervalos de 20 minutos, de las 0800 a las 2000 horas. La tasa de evaporación a equilibrio (LEequ) se obtuvo con la relación, LEequ = s/s+y (Rn — G), donde s (KIN) es la pendiente de la curva de presión de vapor a saturación contra temperatura, y (y = PCp/0.622L), (Pa/K) es la constante psicrométrica, P es la presión barométrica local (Pa), Cp es el calor especifica del aire (J/kg/K), Rn es la radiación neta (Wm-2) y G es el flujo del calor en el suelo (Wm-2). Los valores totales diarios de evaporación a equilibrio (LEequ) se obtuvieron integrando los valores de LEequ de cada 20 minutos de las 0800 a las 2000 horas.
Los resultados muestran una estrecha relación entre la evapotranspiración actual de los cultivos y la evapotranspiración a equilibrio. Casi siempre, la evapotranspiración a equilibrio está por debajo de la evapotranspiración actual y varia en forma similar y paralela a la evapotranspiración actual. El valor promedio del factor de advección que se obtuvo en esta investigación fue 1.247, lo que prácticamente aproxima 1.26, el valor obtenido por Priestley-Taylor (1972). Se observó que el factor de advección depende de la velocidad del viento y del flujo del calor sensible. A bajas y altas velocidades del viento el valor del factor de advección aumenta; obteniéndose un
valor menor y estable a velocidades de viento medias. El valor del factor de advección es muy alto cuando el flujo de calor sensible es muy negativo, y cuando el flujo del calor sensible es positivo, el valor del factor de advección baja estabilizándose a un valor promedio de 1.25" "Water is the most important agricultural resource in the arid zones of northern Mexico. However, farmers of these zones generally have very low water use efficiencies, as they do not control the amounts of water that evaporates, so that they can determine the appropriate time and quantity of water to apply in subsequent irrigations. That generally results in applying more or less water than is necessary and in inappropriate times, as a result their crop productivity is lower than potential. Given such low availability of water in these arid zones of northern Mexico, an efficient use of this resource is required, for which the determination of crop water requirements should be done. Several models have been developed for the estimation of actual crop evapotranspiration (ET). However, such models have had little applications in the practical water management conditions as the required climatic information may not be available, or is obtained from a distant location whose conditions may be different. Therefore, the objective of this study was to calibrate the equilibrium evapotranspiration model for its use in the estimation of actual crop evapotranspiration in the arid zones of northem Mexico.
A study was conducted during the 2001 summer growing season, in the experimental field of the National Disciplinary Research Center in Soil—Water-Plant-Atmosphere Relationships, Gomez Palacio, Durango, Mexico, in the maize crop (Zea mays L., variety Asgrow 7573). Energy balance components were measured for the determination of actual crop evapotranspiration rate and the equilibrium evapotranspiration rate using the Eddy Correlation and energy balance methods. Determinations of the actual crop and equilibrium evapotranspiration rate were done using instantaneous data scanned at a frequency of two seconds to obtain the average
value every 20 minutes in a continuous way throughout the crop growing season. Latent heat flux LE (Wm-2) was obtained as a residual of the energy balance equation. Total daily values of the latent heat flux LE (MJ/m2) and the evapotranspiration rate ET (mm/day) were obtained by integrating 20 minutes interval values of LE from 0800 to 2000 hours. Equilibrium evapotranspiration rate was obtained using the relationship, LEequ = s/s+7 (Rn — G), where, s is the siope of the saturation vapor pressure versus temperature curve (Pa K-1), y is the psychometric constant (y = PCp/0.622L), (Pa K-1), where P is local atmospheric pressure (Pa), Cp is the specific heat capacity of air
(J/kg/K), is net radiation (Wm-2) and G is the soil heat flux (Wm-2). Total daily values
of equilibrium evapotranspiration LEequ were obtained by integrating 20 minute values of LEequ from 0800 to 2000 hours.
The results of this study showed a close relationship between actual crop evapotranspiration rate and equilibrium evapotranspiration rate. Almost always, equilibrium evapotranspiration rate is below the actual crop evapotranspiration rate and varíes in a similar and parallel way to that of actual crop evapotranspiration. The average value of the advection factor obtained in this study is 1.247, which practically approximate 1.26, a value which was obtained by Priestley-Taylor (1972). It was observed that the advection factor depends on the wind velocity and sensible heat flux. At low and high wind velocities, the advection factor value increases, getting a low and stable value at medium wind velocities. The value of the advection factor is high when sensible heat flux is negative; and when the sensible heat flux is positive, the value of the advection factor decreases, stabilizing at an average value of 1.25"