APLICACION DEL METODO DE LAS SUMAS TERMICAS PARA LA DETERMINACION DE PERIODOS VEGETATIVOS

EN CHILE G

ASSESMENT OF VEGETATIVE PERIODS IN CHILE APPLYING THE METHOD OFTEMPERATURE SUMMATIONS

ERN ST R. HAJEK E L M E R R O D R IG U EZ3, A LBERTO DAMM *

Laboratorio de Ecología. Instituto de Ciencias Biológicas, Universidad Católica de Chile

SUMMARY

Agriculture has been defined as the art of converting the energy of solar ra- diation into fuel for consumption of the human machine. As an art, Man has to make a good use of climate to fullfill his needs of food. Among the climatic variables, temperatures play a major role. In this paper vegetative periods were determined based on the method of heat aecumulation. Different base tempe­ratures were simulated (from 0 °C to 15 °C) to establish the length of the ve­getative periods along a latitudinal gradient going from 18 to 53 degrees south in Chile. Data of 45 meteorological stations were used. Preliminary Information is presented for a group of 11 stations and- the growing season 1965-1966. The vegetative period. has been defined here as the portion of time during a year with temperatures above 10 °C. The remainder índex has been used for calcu- lating the net heat aecumulation. The northernmost station of this sequence shows more than 3000 degree-days and the southernmost only 96, the foimer with a vegetative period' along the whole year, the latter only during 125 days. Considering the net heat accumulation for 15-day periods it is observed that at high latitudes the máximum of accumulation is completed, at an earlier date than at low latitudes. A three dimensional model depiets a latitudinal gradient of heat accumulation and length of vegetative periods. The meaning of heat sujns is discussed in relation to mean monthly or annual temperatures for bio­lógica! purposes.

INTRODUCCION

Se ha definido la agricultura como el arte de convertir la energía de la radiación solar en combustible para el consumo de la máqui­na humana (Smith, 1972). Aun cuando toda­vía el hombre no sea capaz de modificar el clima, excepto en escala muy limitada, puede ajustar ciertas prácticas agrícolas a las condi­ciones de éste. Desde un punto de vista prác­tico, el clima puede “usarse” de diversas ma­

neras; por ejemplo, en la elección del sitio de cultivo, o bien, para la elección del cultivo, habiendo determinado previamente el lugar para establecerlo, para lo cual las técnicas de las analogías bioclimáticas pueden ser de uti­lidad (Nazar, Hajek y di Castri, 1966). En experimentación agrícola una buena docu­mentación climática no sólo contribuye a una exacta interpretación de los resultados, sino que también reduce la cantidad de ensayos. El desarrollo total de un cultivo concluye más

3 Publicación aprobada por el Comité Editor de la Facultad de Agronomía de la Universidad Católica de Chile con el N? 1 0 0 /7 6 . Fecha de recepción: 2 1 / 9 / 7 6 .

2 Laboratorio de Ecología. Instituto de Ciencias Biológicas Universidad Católica de Chile.2 Los Corteses 5526 . Santiago 11 .4 Ex-becario del Laboratorio de Ecología.6 Trabajo financiado parcialmente por e3 proyecto FIUC 4 8 /7 5 .6 Los autores agradecen a los señores Oscar Gálvez y Francisco Leiva por su valiosa ayuda en el procesamiento de la

información climatológica.

Ciencia e Invest. Agraria — 2

176 CIENCIA E INVESTIGACIÓN AGRARIA Yol. 3, N* 4, 1976

exitosamente cuando se han tomado en consi­deración ]as variables ambientales físicas, principalmente las climáticas (Chang, 1968).

Entre las variables climáticas, la tempera­tura juega, tal vez, el rol de mayor preponde­rancia. Si va asociada & una adecuada rela­ción de humedad, puede materializarse la lla­mada “potencialidad vegetativa” (di Castri, Hajek y Astudillo, 1962; Hajek y di Castri, 1975; di Castri y Hajek, 1976).

Varios métodos se han puesto en práctica para determinar las eficiencias térmicas en el desarrollo de los vegetales. Ya en 1735, Reau- mur (citado por Thornthwaite y Mather, 1954) había hecho observaciones sobre la in­fluencia de la temperatura en los vegetales, elaborando el concepto de constante térmica para las sumas de temperaturas, aproximada­mente constantes para el período de desarrollo de cualquier planta, de año a año. Este siste­ma conocido como método directo consiste en sumar las temperaturas medias diarias con excepción de los valores bajo 0 °C.

Otro método, el exponencial, se basa en la regla de van’t Hoff y, de acuerdo a ello, con cada aumento de 10 °C se duplicaría la velo­cidad de crecimiento del vegetal. Tempera­turas elevadas entregan índices muy eficien­tes, pero la experimentación también ha de­mostrado que, más allá de una temperatura máxima u óptima de crecimiento, cualquier adición de calor no produce mayor creci­miento e, incluso, puede ser dañino (Holmes y Robertson, 1959).

Al extenderse las investigaciones respecto a la constante térmica, se comprobó que ésta sufría variaciones en las distintas localidades consideradas. Este inconveniente fue resuelto utilizando distintas temperaturas base de acuerdo con los requerimientos de las plantas en Jas diversas regiones. En el método directo se consideraba como útil toda temperatura por encima de los 0 °C, pero el crecimiento puede comenzar, realmente, con temperaturas más altas que el punto de fusión del hielo. Existen diversas temperaturas-base para los diversos cultivos y cada planta tiene su propia temperatura base bajo la cual no crece. Deri­vado de estas observaciones se ha desarrolla­do el método residual que consiste en restar la temperatura base o cero vital a la tempe­ratura media diaria de cada uno de los días. A esto se llama acumulación de grados-día de crecimiento o calor acumulado por día. El monto acumulado cada día se agrega al del día previo hasta que la planta ha alcanzado

su madurez. Las temperaturas medias diarias inferiores a la temperatura base no se consi­deran en la computación de los cálculos. La teoría asume, entonces, que existe una sola temperatura base a lo largo de la vida de la planta, que las temperaturas diurnas y noctur­nas son de igual importancia para su creci­miento y que la respuesta de la planta es lineal sobre el rango completo de la tempe­ratura (Holmes y Robertson, 1959).

Wang (1960) propone mejorar el sistema indicando que las observaciones de las tem­peraturas deben hacerse varias veces y a di­ferentes alturas, de acuerdo con el crecimiento de las plantas y en diferentes sectores del campo de cultivo, considerando para ello las variedades de la topografía, y que los umbra­les térmicos deben modificarse de acuerdo con la edad de las plantas; que se debe con­siderar los efectos negativos de la tempera­tura más allá del umbral superior e inferior extremos; que la longitud del período a con­siderarse para la acumulación de temperatu­ras para un umbral no debe ser más de una semana y que deben anotarse todos los suce­sos fenológioos del período a fin de diferen­ciar crecimiento y desarrollo. Propone, además, considerar las precipitaciones combinadas con temperaturas, determinando con ello la canti­dad efectivamente disponible para la planta.

Estas observaciones tienden a perfeccionar y no a invalidar este método, que es el más ampliamente difundido en muchas partes del mundo y ha sido aplicado con éxito en la agricultura.

En este trabajo se hace un primer análisis determinando períodos vegetativos a través de la utilización del método de los grados-día. Es indudable, y ello queda definido por el método, que éste permite medir una 'poten­cialidad vegetativa” y debe necesariamente complementarse con otras variables climáti­cas para configurar un cuadro físico ambien­tal completo.

M ATERIAL Y M ETODOS

Los datos diarios de temperaturas máximas y mínimas de las 8 y de las 20 horas fueron recopiladas directamente de los archivos de la Oficina Meteorológica de Chile. Los valores corresponden a un total de 45 estaciones dis­tribuidas entre Arica y Punta Arenas (cua­dro 1). Toda la información recopilada fue llevada a tarjetas IRM y procesada en un

APLlCA CjON D EL METODO DE l a s SUM AS TERM ICA S 177

computador Burroughs B-3500 de CEC1CO (Universidad Católica de Chile). El progra­ma de computación permitió calcular la tem­peratura media diaria (simia de los cuatro va­lores de temperaturas dividido por cuatro), el rango de temperatura diaria (máxima menos mínima) y además permitió simular diferen­tes temperaturas base (umbrales) desde 0 °C a 15 °C. Tomando dichos umbrales se deter­minó diariamente los grados-día de tempera­tura, los que se acumularon por semana y su­cesivamente por todo el “año vegetativo” co­menzando el 19 de julio y terminando el 30 de junio del año siguiente. El mismo programa permitió determinar la iniciación y término del período vegetativo considerándose para ello un grupo de al menos una semana con valores por encima o por debajo de cada uno de los umbrales.

En este trabajo se presenta información preliminar de un grupo de 11 estaciones re­presentativas del sector agrícola de Chiie y otras regiones adicionales para el período ve­getativo 1965-1966, considerando una tempe­ratura-base (umbral) de 10 °C.

C U A D R O 1

DISTRIBUCION DE LAS ESTACIONES METEOROLOGICAS ANALIZADAS

Lücation o f mctcorological stations

N9 Localidad LatitudS

LongitudW

Altitud(m)

1 Arica 18° 28’ 70° 22’ 296 Chañaral 26° 20’ 70° 37’ 99 ■Copiapó 27° 21’ 70° 24’ 370

15 El Belloto 33° 03’ 71° 24’ 12118 San Fernando 34° 35’ 71° 00’ 34222 Ohillán 36° 36’ 72° 02’ 11828 Lon coche 39° 23’ 72° 38’ 11232 Ancud 41° 52’ 73° 49’ 3039 Balín aceda 45° 54’ 71° 43’ 52043 Cerro Guido 50° 55’ 72° 30’ 81545 Punta Arenas 53° 10’ 70° 54’ 8

a Se respeta el orden correlativo de todas las estaciones es diadas.

RESULTADOS Y DISCUSION

Se ha utilizado el umbral de 10 °C, por ser un valor de significado biológico generalmen­te aceptado (di Castri et al., 1962; di Castri y Hajek, 1976).

En el cuadro 2, columnas 4 y 5, se señala la duración del período vegetativo. En este trabajo entendemos por período vegetativo,

el lapso durante el cual la curva de la temperatura media diaria se encuentra por encima de] umbral de 10 °C. El comienzo y término del período vegetativo están da­dos, respectivamente, por el momento en el cual la curva de las temperaturas me­dias diarias cruza en forma ascendente o descendente el valor de 10 °C. Por otra parte, hemos definido en forma un tanto ar­bitraria el “año vegetativo”, entendiéndose por ello, aquel que comienza el I o de julio y ter­mina el 30 de junio del año-calendario si­guiente. Se hizo así, por representar esas fe­chas aproximadamente el período del año de más bajas temperaturas, coincidentes con la radiación incidente de más bajos valores, a la vez que los días más cortos. Podría denomi­narse el comienzo del “año vegetativo” como el “momento metabólico cero”

En el mismo cuadro 2 se ha destacado el sector entre Copiapó y Ancud que IREN - Corfo (1964) considera primordialmente de tipo agrícola en Chile.

Desde el extremo norte del país y hasta los 33° de latitud sur, existirían condiciones tér­micas adecuadas con temperaturas medias- diarias en general superiores a los 10 °C du­rante todo el año y por tanto, de una elevada potencialidad vegetativa. A partir del paralelo 33 comienza a retrasarse el inicio del pe­ríodo vegetativo, con respecto al momento 0, y éste llega recién a empezar el 6 de noviem­bre a los 53° de latitud sur, lo que implica 128 días después del comienzo del año vege­tativo o 92 días más tarde que a la latitud de 33°. Ello significa que en el primer caso, en 20° de latitud (2,220 km) se produce un re­traso de un día por cada 17.3 km de incre­mento de latitud. En cuanto al término del período, que se produce el 21 de junio y el 11 de marzo en las latitudes de 33 y 53°, res­pectivamente, su desplazamiento en el tiempo corresponde a 102 días o un día por cada 21.8 km de incremento latitudinal. Considerando la duración del período vegetativo éste se acorta en un día por cada 11.4 km de incre­mento de latitud.

Hacen excepción a este gradiente las zonas altiplánicas y las andinas hasta una latitud en que existe penetración de efectos continen­tales desde el este. Es necesario señalar que se observan leves saltos en la progresión geo­gráfica del gradiente, como por ejemplo San Femando, debido a condiciones locales y al hecho de haberse tomado en esta presentación preliminar sólo el primer año de la secuencia.

178 CIEN CIA E INVESTIGACIÓN AGRARIA Y ol 3, N* 4. 1976

DURACION DE PERIODOS Length of

C U A D R O 2VEGETATIVOS Y GRADOS-DIA

vegetative periods and heat surnsACUMULADOS

PERIODO VEGETATIVO (tenrp. base 10°C)

N<? Localidad LatitudS-ur

Comienzo Término julio 1965 junio 1966

N9 días Grados-díaacumulados

1 Arica 18° 29’ Todo el período 365 30516 Chañara! 26° 21’ ” ” ,y 365 20449 Copiapó [ 27° 21’ ” ” ” 365 1903

15 El Bell oto 33° 03’ 6 - Ago. 21 - junio 319 124318 San Femando 34° 35’ 15-Sept. 25 - mayo 252 134022 Chillán 36° 36’ 17 - Sep. 10 - junio 266 120328 Lon coche 39° 21’ 20 - Sep. 3 - junio 256 88832 Ancud [ 41° 54’ 27 - Oct. 2 - mayo 187 39339 B alma ceda 45° 54’ 29 - Oct. 5 - abril 158 20743 Cerro Guido 50° 55’ 4 - Nov. 16 - marzo 132 31245 Punta Arenas 53° 02’ 6 - Nov. 1 1 -marzo 125 96

Con la técnica utilizada en este trabajo es posible mostrar en la fig. 1 el sentido de las once curvas de acumulación de calor corres­pondientes a las localidades de] cuadro 2. Aquí se presenta la acumulación de calor con el respectivo comienzo del período vegetati­vo, en la base del diagrama, indicándose el término (cruce del umbral) por una pequeña línea vertical. Las líneas continúan sin em­bargo hasta el final de] año. En aquellos casos en que no existe esta pequeña marca vertical, entenderíamos la existencia de potencialidad vegetativa a lo largo de todo el año y la acu­mulación “indefinida’’ de temperaturas, o lo que es igual, un período vegetativo de dura­ción ilimitada. En la Estación de Arica se acu­mula un tota] de más de 3000 grados-día y en Punta Arenas sólo 96. en un período que corresponde aproximadamente a 34% del año en esta última localidad. En la última columna de] cuadro 2 se ha tabulado las cantidades exactas de acumulación de calor; de ello pue­de deducirse, de acuerdo con e] orden de las Estaciones, el siguiente decremento, conside­rando un índice grados-día acumulados divi­dido por el número de días del período: 8.4, 5,6, 3.9, 5.3, 4.5, 3.5, 2.1, 1.3, 2.4, 0.8. De esto queda evidente que de un ritmo de acumula­ción diaria de 8.4 en Arica se llega en una ex­tensión de 3900 km a tan sólo 0.8 aproxima­damente, un 10% del primero. Destacamos la Estación 43, Cerro Guido, que muestra un promedio algo mayor que el de la zona, por estar expuesta a influencias continentales des­de el este (di Castri & Hajek 1976).

G D

F I G U R A 1NUMERO DE GRADOS-DIA (BASE 10° C) ACU­MULADOS SDM ANALM ENTE DESDE EL CO­

MIENZO DEL PERIODO VEGETATIVONutnher of degree-daxjs (base 10° C) accumvlated weekly from the bcgiiinijig o f the growing season.

APLICACIÓ N D EL METODO DE LAS SUMAS TERM ICA S 179

Al referimos al ritmo de acumulación de calor es útil observar la fig. 2 que muestra las características de la acumulación quince-, nal de calor. E l aspecto aserrado de las figu­ras se debe al hecho de presentarse datos de un período corto. A partir de los 42° de lati­tud, aproximadamente, y avanzando a latitu­des menores comienza a producirse un retraso de las fechas de acumulación máxima. El pun­to máximo de acumulación de temperatura en latitudes altas se logra en una fecha más tem­prana que en latitudes bajas, debido a que en ellas los montos totales de acumulación son menores y a que el ángulo de incidencia solar determina una mayor cantidad de horas de sol.

CONCLUSIONES

A modo de conclusión del análisis efectua­do sobre los períodos vegetativos se presenta la fig. 3.

F I G U R A 2

NUMERO DE GRADOS-DIA QUINCENALES SOBRE 10° C

Bi-weekly numher of degree-days (base 10° C)

F I G U R A 3

MODELO DE SUMAS TERMICAS Y GRADIEN­TES LATITUDINALES Y TEMPORALES DE LOS

PERIODOS VEGETATIVOS

ModeJ of heat sums and latitudinal and. seasonal gradients o f growing seasons

Este modelo en tres dimensiones muestra la cantidad de calor acumulado, el gradiente de latitud y la extensión temporal de los períodos vegetativos. Hasta aproximadamente 33° de latitud no existen limitaciones en cuanto a la duración del período vegetativo, si bien se ha producido una reducción de aproximadamente un 60% en la cantidad de calor. A partir de allí comienza una reducción de la extensión del período, a la vez que un paulatino decre­cimiento de la acumulación de grados-día, llegando en la latitud 53° sur a un valor que representa un 3% del total acumulado en Ari­ca, lo que significa una reducción de 97% en las temperaturas acumuladas.

Estimamos que la metodología de los gra­dos-días (acumulación de temperatura) apli­cados al desarrollo de los cultivos contiene una gran significación biológica y entrega su­ficientes elementos de juicio para el estableci­miento y planificación de la agricultura local, regional y nacional. Otros indicadores como las temperaturas medias, son de menor pro­yección biológica.

3 80 CIENCIA E INVESTIGACIÓN AGRARIA Yol. 3, N9 4 , 1976

RESUM EN

En este trabajo se hace una aplicación de las técnicas de sumas térmicas en Chile para la determinación de períodos vegetativos. Se utilizó el sistema resi­dual para la acumulación de calor, definiéndose el período vegetativo como la porción del año con temperaturas medias diarias por encima del umbral (temperatura base) de 10° C. La acumulación de calor al igual que la exten­sión de los períodos vegetativos, se describe en un sentido latitudinal en Chile.

Se discute finalmente la mayor validez de un método con un enfoque bio­lógico como el de las sumas térmicas comparado qon enfoques clásicos consi­derando temperaturas medias mensuales o anuales.

L it e r a t u r a C it a d a

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