Láminas de riego (Excelente con tablas de valores)

MASALProyecto Manejo Sostenible de Suelos y Agua en Laderas

MANUAL PARA EL DISEO Y GESTIN DE PEQUEOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIN EN LADERAS

JUAN FRANCISCO SOTO HOYOS INGENIERO AGRCOLA

Cusco, abril 2,002

MASAL - Manual para el diseo y gestin de pequeos sistemas de riego por aspersin en laderas

NDICE I. INTRODUCCIN. GENERALIDADES PROBLEMTICA DEL RIEGO 7 10

II.

CONCEPTOS BSICOS.2.1. EL SUELO 2.1.1. Caractersticas fsicas del suelo (fases, textura, estructura, densidad aparente, densidad real, porosidad) 2.2. EL RIEGO 2.2.1. Definicin. 2.2.2. Eficiencia de riego, estudio de las eficiencias de captacin, almacenamiento, conduccin, distribucin, aplicacin. 2.3. LOS RECURSOS EN EL DISEOS DE SISTEMAS DE RIEGO. 14 14 19 19 20 21

2.4. MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO 22 2.4.1. Potencial del agua 22 2.4.2. Potencial del agua en el suelo 22 2.4.3. Velocidad de infiltracin bsica 23 2.4.4. Contenido de humedad del suelo 32 2.4.5. Relaciones y constantes de humedad del suelo (saturacin, capacidad de campo, punto de marchitamiento permanente, humedad disponible) 33 2.5. EVAPOTRANSPIRACIN 2.5.1. Clculo de las necesidades de agua de los cultivos 2.5.2. Mtodo de Hargreaves 2.6. EVAPOTRANSPIRACIN DE UN CULTIVO 2.6.1. Coeficiente del cultivo 2.6.2. Fases del perodo vegetativo 40 40 42 47 47 47

III. DISEO AGRONMICO.3.1. EJEMPLO PRCTICO DEL CUSCO PARA EL CLCULO DE LAS NECESIDADES DE AGUA DEL CULTIVO PAPA 3.2. ANLISIS DEL RESULTADO 3.3. LMINA NETA Y LMINA REAL 3.3.1. Humedad fcilmente disponible 51 56 56 572


3.3.2. Profundidad de raices 3.3.3. Clculo de la lmina neta 3.4. VOLUMEN DE RIEGO 3.5. INTERVALO DE RIEGOS 3.6. NMERO DE RIEGOS 3.7. CAUDAL DE DISEO DE UN SISTEMA DE RIEGO

58 59 60 60 60 62

IV. CRITERIOS EN LA ELECCIN DE UN SISTEMA DE RIEGO EN LADERAS.4.1. EL SUELO 4.1.1. Topografa y relieve 4.1.2. Caractersticas fsicas e hidrodinmicas 4.1.3. Calidad de los suelos (fertilidad, profundidad de la capa arable) 4.1.4. Ubicacin respecto a otras reas 4.2. EL AGUA 4.2.1. Disponibilidad y regularidad 4.2.2. Calidad del agua 4.2.3. Origen y costo 4.3. EL CULTIVO 4.3.1. Adaptabilidad al sistema de riego 4.3.2. Profundidad de races 4.4. FACTOR HUMANO 4.5. FACTORES ECONMICOS 4.5.1. Costo de istalacin 4.5.2. Costo de operacin y mantenimiento 70 71 71 64 64 64 65 65 65 65 66 69 69 69 69 70

V.

DISEO DE PEQUEOS ASPERSIN EN LADERA.

SISTEMAS

DE

RIEGO

POR

5.1. ELEMENTOS QUE COMPONEN UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIN EN LADERA. 5.2. TIPOS DE SISTEMAS. 5.3. TIPOS DE ASPERSORES. 5.4. ASPECTOS TCNICOS DEL DISEO.

72 77 78 783


5.5. EL PROYECTO. 5.5.1. Trabajo de campo. 5.5.2. Trabajo de gabinete. 5.5.3. Diseo agronmico. 5.5.4. Diseo hidrulico.

80 80 81 81 86

VI. COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD DE LOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIN EN LADERAS.6.1. PRINCIPIOS DEL SISTEMA DE UNIFORMIDAD DE APLICACIN. 6.2. MTODOS PARA LA DETERMINACIN DE LA UNIFORMIDAD DE APLICACIN. 6.3. REALIZACIN DEL ENSAYO DE CAMPO. 6.4.MEDIDAS DE PRECIPITACIONES. 6.5.REPETICIN DEL ENSAYO. 6.6.INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS DE LAS OBSERVACIONES. 98 101 101 97

97

101

VII. METODOLOGA PARA ESTIMAR EL COSTO / BENEFICIO. VIII. LEGISLACIN EN RIEGO.8.1. RESUMEN

104108

IX. FORMULACIN DE PLANES DE USO Y GESTIN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO.9.1. INTRODUCCIN 9.2. OBJETIVOS. 9.3. METODOLOGA. 109 109 110

X. MONITOREO DE LOS PLANES DE USO Y GESTIN.

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10.1. GESTIN INTERNA. 10.2. GESTIN EXTERNA.

123 123

CONSULTAS BIBLIOGRFICAS.

125

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XI. ANEXOS.11.1. EVAPOTRANSPIRACIN MTODOS EMPRICOS. 1. 2. 3. 4. Mtodo de Balney Criddle. Mtodo de la Radiacin. Mtodo de Penman. Mtodo de la cubeta evaporimtrica.

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MANUAL PARA EL DISEO Y GESTIN DE PEQUEOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIN EN LADERASPOR: JUAN FRANCISCO SOTO HOYOS INGENIERO AGRCOLA

I. INTRODUCCINEl objetivo del presente Manual es alcanzar a las instituciones contrapartes de MASAL, los profesionales, tcnicos y otros usuarios, una gua prctica para el diseo y gestin de sistemas de riego en laderas como herramienta que les permita mejorar la calidad de su trabajo en este tema. Como es conocido el diseo de los sistemas de riego en ladera adolecen de la falta de anlisis de factores que son decisivos en el manejo del recurso hdrico, entre los principales y de manera general se pueden nombrar a la estacionalidad de las precipitaciones en cuanto a los factores climticos; a la ubicacin de los reservorios, el tipo de materiales utilizados, la calidad constructiva de los mismos o la ausencia de obras de arte en cuanto a factores tcnicos; en los diseos de las obras de infraestructura no se toma en cuenta aspectos agronmicos o ambientales; la capacitacin a la organizacin para la administracin, operacin y mantenimiento se descuida casi por completo. Para tratar de atenuar estos problemas en el presente Manual se analizan conceptos bsicos como son el suelo y el riego; los recursos a tomar en cuenta en el diseo de sistemas de riego como son el agua, suelo y la planta; el movimiento del agua en el suelo, la evapotranspiracin. Luego se pasa al diseo agronmico, para posteriormente en el captulo IV analizar los criterios que se deben tener en cuenta para la eleccin de un sistema de riego en laderas. Habiendo considerados los factores antes mencionados se pasa al diseo hidrulico de los pequeos sistemas de riego por aspersin en ladera (captulo V), luego se describe la evaluacin del diseo mediante el clculo del coeficiente de uniformidad. Tambin se describe en el captulo VII una metodologa para estimar el costo/beneficio del sistema. Complementario a esto se analiza la legislacin actual en riego (captulo VIII) donde se ve la parte organizacional, para luego pasar a la formulacin de los planes de uso y gestin de los sistemas de riego. Como se puede observar la ventaja comparativa del presente manual es que trata la integralidad del diseo, incorpora al anlisis aspectos climticos, tcnicos, sociales, normativos y organizacionales. Se espera que este documento ayude a dar respuesta a algunas interrogantes que sobre el diseo de sistemas de riego en ladera existan. 1.1. GENERALIDADES.

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Todas las culturas que alcanzaron un desarrollo importante en la historia de la humanidad como la Romana, e Inca, por citar solo a dos; alcanzaron un alto grado de desarrollo entorno al manejo del agua como recurso de propiedad social o pblica. Para el presente documento se adopta el concepto del filsofo Mario Bunge, quien seala que el desarrollo de la sociedad es integral y est influenciada por: Desarrollo Biolgico, consiste en un aumento del bienestar y una mejora de la salud como resultados de mejoras en la nutricin, alojamiento, la vestimenta, el ejercicio, los hbitos de convivencia, etc. Desarrollo Cultural, se iguala con el enriquecimiento de la cultura y la difusin de la educacin, dentro de este concepto est el de las tcnicas de riego. Desarrollo Econmico, se identifica con el crecimiento econmico. Desarrollo Socio Poltico, consiste en la expansin de la libertad o sea, en el aumento y afianzamiento de los derechos humanos y polticos y en la participacin protagnica de la poblacin en la toma de decisiones que influyen en su futuro. Cada una de estas cuatro concepciones del desarrollo, por si solas, no son capaces de alcanzar el desarrollo, no se puede alcanzar un nivel de desarrollo en uno solo de los cuatro aspectos, dejando los dems para un futuro incierto, porque cada uno de ellos es condicin de los dems. En la filosofa Ind y Budista se considera a la rueda como smbolo del equilibrio de la vida, estando en el centro el objetivo central y a su alrededor los factores que apuntan hacia el logro del objetivo central. MANEJO INTEGRAL DEL AGUA. En base a las premisas anteriores, se presenta a continuacin, una propuesta del Manejo Integral del Agua, considerando el concepto de Desarrollo Integral (biolgico, cultural, econmico y socio-poltico) representado en la rueda (ver grfico N 01). En el esquema no interesa si uno de los conceptos est en la parte alta o baja, a la derecha o a la izquierda, ya que los dinamismos de la vida hace que coyunturalmente un aspecto tenga, momentneamente, mayor importancia que otro, pero los otros aspectos son complementarios y sirven de apoyo para el desarrollo del primero. Esto es cambiante segn se vaya desarrollando la coyuntura. En el Desarrollo biolgico el agua es un factor importante en el aspecto de Salud mediante el abastecimiento del agua potable y su calidad para el consumo. El otro aspecto es el de la produccin donde permite lograr la diversidad de la produccin agrcola para autoconsumo y as mejorar la dieta alimentaria mediante los cambios de hbitos de consumo. El Desarrollo cultural, se logra mediante el mejoramiento del nivel de conocimientos, por ejemplo el de las tcnicas del manejo del agua a nivel de parcela (gravedad, aspersin, micro aspersin, goteo), de la operacin, mantenimiento y

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administracin del recurso con la participacin de los usuarios, promotores, directivos y el personal tcnico de las Instituciones. El Desarrollo Econmico, el buen manejo del agua conlleva a una distribucin equitativa, que racionaliza la demanda de agua, y a un mejoramiento de la eficiencia de riego (producto de las eficiencias de captacin, almacenamiento, conduccin, distribucin y aplicacin), lo que permite incrementar la disponibilidad del recurso hdrico y la produccin de excedentes, los cuales deben ser transformados para su posterior comercializacin con ventajas competitivas. El Desarrollo Socio Poltico, representado directamente por los grados de organizacin y gestin que se alcanzan con una participacin protagnica de la sociedad, tomando decisiones en los diferentes espacios como son las Asambleas, los Comits de Regantes, Comisiones, Juntas de Usuarios, Juntas de Administracin de los Servicios de Saneamiento JASS- etc., buscando que estas decisiones sean respetadas.

Figura N 01

Fuente: Elaborado por el autor

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1.2. PROBLEMTICA DEL RIEGO. Los objetivos que se persiguen con el riego son: proporcionar la humedad necesaria para que los cultivos puedan desarrollarse, preparar el suelo previo a la siembra, asegurar las cosechas contra sequas de corta duracin, refrigerar el suelo y la atmsfera para de esta forma mejorar las condiciones ambientales para el desarrollo del vegetal. Disolver los nutrientes del suelo, llevar a niveles ms profundos las sales contenidas en el suelo y dar tempero a la tierra. En la sierra del Per la problemtica del riego se presenta debido a aspectos climticos, tcnicos y sociales. ASPECTOS CLIMTICOS, la precipitacin es el factor primordial que afecta el riego en la sierra, por su estacionalidad, es decir las precipitaciones se concentran entre los meses de lluvia (diciembre marzo), esto ocasiona que en las cuencas o micro cuencas de la sierra los balances hdricos muestren un exceso de agua en los meses mencionados y una deficiencia en el resto del ao (abril noviembre) siendo precsamente en stos meses donde se aplica el riego. Los otros factores como las horas de sol, el viento, la temperatura, tambin afectan el desarrollo del cultivo. ASPECTOS TCNICOS, tomando como concepto la eficiencia de riego (producto de la eficiencia de captacin, almacenamiento, conduccin, distribucin, aplicacin) se tiene: Falta de una adecuada distribucin y reparto equitativo del agua en funcin a la real demanda del agua para cada agricultor, es decir segn su rea, tipo de suelo, cdula de cultivo, tecnologa de riego, etc. Estructuras de captaciones en malas condiciones o inexistentes, especialmente de los pequeos sistemas de riego cuyas fuentes son, en la gran mayora, puquios u ojos de agua o manantiales con bajos caudales y en algunos casos quebradas de tercer, cuarto o quinto orden. Las condiciones deficientes en las que se encuentran afectan directamente la eficiencia de captacin. Reservorios, existen una importante cantidad de reservorios cuyos volmenes fluctuan entre los 50 m3 y los 800 m3, pero estas inversiones no funcionan como se esperaban debido a que los diseos no responden a la funcin para el cual fueron construidos a la que se suman serias deficiencias constructivas por mala ubicacin que generan problemas de estabilidad, hay excesivas tendencias al uso de concreto encareciendo los costos, adems no se considera la capacitacin para la fase de operacin de la infraestructura, producindose serias deficiencias en la operacin y mantenimiento de los mismos por la falta de organizacin, esto ocasiona bajas en la eficiencia de captacin. El sistema de conduccin, con secciones de canal no adecuadas ni uniformes, la inexistencia de obras de arte y las fuertes prdidas de agua por filtraciones a lo largo de los canales afectan seriamente la eficiencia de conduccin. Los sistemas de distribucin no responden a los esquemas de reparto equitativo y solo responden a la dotacin del agua desde la oferta hdrica, las que concluyen fcilmente en la falta de agua que siempre tiene que ser incrementada por los tcnicos para solucionar los conflictos sociales. Las tomas parcelarias son rsticas y se ubican directamente en el canal principal y11


su nmero queda a discrecin del regante. Esto ocasiona prdidas pequeas que sumadas son significativas y generan eficiencias de distribucin bajas. El deficiente manejo del agua a nivel de parcela y el desconocimiento de la cantidad y oportunidad en la aplicacin del agua hacen que la eficiencia de aplicacin disminuya. Los diseos de las obras de infraestructura desde la oferta hdrica, siguen contribuyendo al uso deficiente del agua de riego. En sntesis la eficiencia de riego como producto de los factores antes nombrados termina en un rango del 25% al 40%, lo que significa que si se desea que un cultivo absorba 3,500 m3/ha/campaa de agua es necesario captar entre 8,750 y 14,000 m3/ha/campaa. Otro factor a tener en cuenta es el aspecto tcnico-profesional, donde toma particular importancia el marco conceptual en el cual se mueve el tcnico que disea. Se pasan a enumerar algunos aspectos que se deben considerar: Los diseos hidrulicos, estn parametrados en fundamentos tcnicos que no consideran aspectos ambientales como la proteccin ecolgica de manantes y acuferos. En los diseos no siempre se consideran los aspectos agronmicos, como es el tipo de cultivo a regar, la textura y estructura de los suelos, es notoria la ausencia de los planes de cultivo o cdulas de cultivo. No se considera la capacitacin en organizacin, operacin y mantenimiento del sistema de riego y en el manejo del agua a nivel de parcela. Esto trae como consecuencia el desorden en los turnados de riego y los conflictos sobre el uso del agua. Turnados de riego que no responden a las necesidades del cultivo ni en cantidad ni en oportunidad, sino son dependientes de la oferta. Las potencialidades que existen en los aspectos tcnicos son: Zonificacin de cultivos segn pisos ecolgicos. Topografa adecuada que genera la presin necesaria para la instalacin de sistemas de riego presurizado que abaratan la instalacin. Existencia de tcnicas adaptables a la realidad como el riego por sifones, aspersin, compuertas regulables, micro-aspersin y goteo. Disponibilidad de datos histricos de las precipitaciones, por ejemplo se tiene que la precipitacin media es del orden de los 576.7 mm en el Cusco segn datos de la Estacin Meteorolgica Granja KAyra ubicada en el distrito de San Jernimo entre los aos 1,957 1,997 (40 aos). ASPECTOS SOCIALES, en los aspectos sociales se tiene: La mayora de las organizaciones de regantes son dbiles y no tienen reconocimiento legal ni estn fortalecidas. Existen intereses de grupo dentro de las Organizaciones especialmente las de mayor rango. Escaso asesoramiento tcnico en la elaboracin de reglamentos de uso que permita un manejo autnomo de estos sistemas.

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Desconocimiento de la importancia de las obras de arte. El riego se maneja segn la oferta y no responde a la demanda o a las necesidades de la planta. Organizacin. Existe una incipiente organizacin de regantes que vienen funcionando como informales, debido al desconocimiento de la legislacin y su reglamentacin. Otro aspecto importante es el desconocimiento de la operacin, mantenimiento, distribucin y turnados de agua. Falta de coordinacin con las Instituciones Estatales y Privadas que trabajan en el sector. La organizacin para mejorar el riego es deficiente: existen conflictos sobre el uso y derechos de propiedad del agua y desconocimiento sobre la gestin del agua de riego. Este listado de problemas no quiere decir que no existan potencialidades, especialmente en el aspecto social, entre las que se pueden mencionar se tienen: Tradicin en el riego. Capacidad de organizacin demostrada como es el caso de las comunidades. Recurso humano con habilidades y potencialidades. Como ejemplo se puede citar lo que se encontr al elaborar los Planes de Uso y Gestin de Sistemas de Riego desarrollados por Critas Chuquibambilla y financiados por MASAL. En estos eventos se identificaron los principales problemas que los aquejaban y que se pueden clasificar segn la fase del Proyecto: Fase de diseo. En el diseo no se considera la participacin de los agricultores desde la fase de planificacin. Se hace el diseo hidrulico bsico y generalmente no se consideran las obras de arte ni el sistema de distribucin. En la mayora de los casos no se realiza el diseo agronmico donde se debe de considerar la textura y estructura de suelos, necesidades hdricas de los cultivos, etc. Tampoco se explica la operacin del sistema. No consideran aspectos como: proteccin ecolgica de manantes y acuferos (aspectos ambientales). Ausencia de planes de cultivos alternativos basados en una combinacin de ciclos productivos (autoconsumo y mercado). No se muestra el anlisis comparativo entre las opciones con y sin proyecto de riego, lo cual no permite valorar el real impacto del proyecto ni permite priorizar una adecuada prelacin para la ejecucin de los mismos. Fase de ejecucin. Las falencias anteriores hacen que la ejecucin tenga errores de base. La falta de supervisin hace que muchas veces no se realice la obra como seala el expediente tcnico.13


No se les explica, a los regantes, con claridad el aporte de mano de obra y de otros insumos en la ejecucin de los proyectos, lo cual trae consigo problemas de participacin equitativa y conflictos entre usuarios. Fase de operacin. No se considera un plan de capacitacin y asistencia tcnica basado en fundamentos agroecolgicos por su capacidad de adaptacin a las condiciones sociales y econmicas de pequeos productores de ladera. Es escasa la capacitacin para el mantenimiento del sistema. No hay una capacitacin en lo que respecta al manejo del agua a nivel de parcela. Los factores antes mencionados ocasionan un mal estado de la infraestructura, lo que trae como consecuencia deficiencias en la operacin, problemas de manejo y un dbil mantenimiento. Esos problemas detectados al no ser solucionados traen como consecuencia el abandono del proyecto por constituirse en una carga adicional a los problemas comunales ya existentes y no constituyen una solucin a la falta de agua y su reparto equitativo. En conclusin: la gran mayora de los diseos de pequeos sistemas de riego en ladera presentan limitaciones y deficiencias, lo que trae como consecuencia que gran parte de estos pequeos y medianos sistemas de riego no estn funcionando adecuadamente y presenten serios problemas de abandono. MASAL a travs de su relacin con diversas instituciones, ha constatado estas dificultades, pero tambin ha apoyado proyectos para la elaboracin de planes de uso en pequeos sistemas de riego en laderas, como en el caso de CARITAS Chuquibambilla y CEDES en Apurmac; en el Cusco Asociacin KAUSAY y CCAIJO. A partir de estas experiencias y las limitaciones ya sealadas es que se plantea la necesidad de elaborar una gua que sea el soporte tcnico y metodolgico que permita redisear los sistemas de riego desde una percepcin ms integral y adecuada a las condiciones de la pequea agricultura de ladera. Tambin se puede observar que si bien existen problemas fuertes por solucionar; se tienen las alternativas para poder mejorar el riego y ampliar el concepto de que el manejo del agua debe ser de manera integral, atendiendo los aspectos tcnicos, sociales, organizativos, etc. Dentro de la coyuntura actual, una de las alternativas para mejorar el manejo y la gestin del agua, es la incorporacin de los criterios ya mencionados (sociales, tcnicos, organizativos) y de las tcnicas modernas adaptadas a nuestra realidad, buscando de esta manera el equilibrio entre la agricultura tradicional y las tecnologas de punta. Pero para esto es necesario conocer al detalle las necesidades hdricas de los cultivos y respetando las tradiciones de los usuarios, incorporando sus concepciones y necesidades dentro de un proyecto integral.

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II.2.1. EL SUELO.

CONCEPTOS BSICOS

El trmino suelo se usa a menudo de una forma vaga y significa cosas diferentes segn la gente que lo emplea, incluyendo los cientficos del suelo. Para los ingenieros civiles representa la parte no consolidada del material terrestre, para distinguirlo de la roca. El fsico de suelos lo considera como un medio poroso, apropiado para estudiarlo matemticamente, para el qumico de suelos, el suelo es como un material pulverulento, generalmente coloreado, de grano fino o grueso, con un lmite superior de 2 mm (tierrra fina), y que tiene complicadas propiedades fsicas y qumicas. El edaflogo considera al suelo como un ente natural que contiene materia viva y un medio de soporte de las plantas y, principalmente, est interesado en el resultado de la meteorizacin bioqumica del material original del suelo: el perfil del suelo con sus diferentes capas llamadas horizontes. Para el agrnomo, el suelo es un medio para el crecimiento de las plantas, la produccin de cultivos y est especialmente interesado en las condiciones de la parte superior del mismo. 2.1.1. Caractersticas fsicas del suelo.

Se puede considerar al suelo como un medio poroso, es decir, como un sistema material en el que estn presentes componentes slidos, lquidos y/o gaseosos. El suelo proporciona a los cultivos nutrientes esenciales para las plantas, adems del agua y del oxgeno necesario para la respiracin de las races. Si no se mantiene el suministro de agua y oxgeno, la velocidad de asimilacin de nutrientes se reduce. En algunas bibliografas se les llama fases: slida, lquida y gaseosa. La fase slida est conformada por partculas minerales y una pequea proporcin de partculas orgnicas (lo ptimo en un suelo agrcola es que contenga el 5% de materia orgnica - M.O., y 45% de partculas minerales). La fase gaseosa es la que est compuesta por los poros o espacios libres llenos de aire (lo ptimo es que contenga 25%). La fase lquida es la que ocupa el agua, el agua ocupa parte del espacio poroso (lo ptimo es que contenga 25%). La porcin mineral compuesta por partculas slidas, que se diferencian por el tamao de las mismas, existiendo varias clasificaciones texturales, la ms usada para fines agronmicos es la del Departamento de Agricultura de EEUU (USDA). En el cuadro N 01 se dan los lmites que definen el tipo de partculas.

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Cuadro N 01. Tamaos lmites de las partculas del suelo. SUELO PARTCULA DIMETRO (mm) Arena - Ao 2.00 0.05 Muy gruesa Gruesa Media Fina Muy fina Limo Li 0.050 0.002 Grueso Fino Arcilla - Ar < 0.002

LMITES (mm) 2.00 1.00 1.00 0.50 0.50 0.25 0.25 0.10 0.10 0.05 0.050 0.020 0.020 0.002

Fuente: Clasificacin del Departamento de Agricultura de EEUU USDA (1,964).

A. Textura. Se refiere a la proporcin de arena, limo y arcilla que contiene el suelo, segn esta proporcin se denomina suelos arenosos, limosos o arcillosos. Cuando un suelo presenta proporciones equivalentes entre estos tres tipos de partculas se denomina suelos francos. Para conocer estos porcentajes, se realiza el anlisis granulomtrico que da los porcentajes de arena, limo y arcilla en peso y el tipo de suelo se define segn el tringulo de texturas (USDA, 1964) que viene dividido en 12 reas, que corresponden a igual nmero de clases de textura (ver fig N 2). La textura del suelo define las caractersticas hidrodinmicas de los suelos y es una caracterstica que va fuertemente unida a la posibilidad de laboreo del suelo, tiene tambin conexin con su disposicin a la erosin, con la velocidad con que se infiltra el agua en el suelo y sobre la formacin de costras y grietas. Cuando predomina la arena, se presenta un suelo de textura gruesa llamado arenoso o ligero y se puede trabajar fcilmente. Cuando es un suelo de textura fina, predominan los componentes limo y arcilla, el suelo presenta plasticidad y adherencia, lo cual implica que es probable que sea difcil de trabajar o pesado. Cuanto ms pesado sea el suelo, menor ser su permeabilidad y mayor su capacidad de retencin de agua.

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TRINGULO DE TEXTURAS

Figura N 2 Grfico triangular para determinar la clasificacin de los suelos segn su textura. El tringulo est dividido en 12 reas correspondientes a las distintas clases de textura segn los procentajes en peso de arcilla, limo y arena. La direccin de las flechas indica la forma de aplicar los porcentajes respectivos de arcilla, limo y arena. As por ejemplo el punto A, que corresponde al rea de suelo arcilloso, contiene el 50% de arcilla, el 30% de limo y el 20% de arena

B. Estructura. Se llama as a la disposicin de las partculas para formar otras unidades de mayor tamao o agregados. La estructura de un suelo se puede modificar mas no as la textura. Los suelos pueden ser laminares, prismticos, columnares, angulares, sub angulares o granulares. La estructura es una importante caracterstica morfolgica del suelo. Como tal no es un factor que influya en el desarrollo de las plantas; sin embargo tiene influencia sobre casi todos los factores de crecimiento de las plantas tales como retencin de agua, movimiento del agua, aireacin del suelo, penetracin de races, actividades microbiolgicas, resistencia a la erosin, as como tambin define la porosidad, la permeabilidad, capacidad de infiltracin, etc. Las sales de sodio deterioran la estructura, disgregando los agregados.

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C. Densidad aparente. Se llama as al peso en seco por unidad de volumen de suelo en condiciones naturales o, en otras palabras, a la masa de suelo seco, incluyendo sus poros, por unidad de volumen habindose determinado este ltimo antes del secado. La densidad aparente viene dada por: Pss da = -----------Vt Donde da Pss Vt = Densidad aparente (gr/cm3) = Peso de suelo seco a estufa a 105C (gr) = Volmen total (cm3)

(01)

En suelos minerales superficiales el valor vara entre 1.2 gr/cm3 para suelos arcillosos, 1.4 gr/cm3 para suelos arenosos y para horizontes ms profundos entre 1.4 - 1.6 gr/cm3. Cuadro N 02: Densidad aparente segn Romano y Lauciani (1964) TEXTURA DENSIDAD APARENTE (gr/cm3) Arenoso 1.65 Franco arenoso 1.50 Franco 1.35 Franco limoso 1.30 Franco arcilloso 1.20 Arcilloso 1.10 Terrenos humedos 0.90Fuente: Manual de Riego por gravedad Walter Olarte 1987

D. Densidad real. Es la masa por unidad de volumen de las partculas del suelo, sin incluir sus porors, generalmente se expresa en gramos por cm3 Se refiere a la densidad de partculas slidas y viene dado por: Pss dr = ------------Vs Donde: dr Pss Vs = Densidad real (gr/cm3) = Peso de suelo seco a estufa a 105C (gr) = Volmen de suelo, solo la parte slida (cm3)

(02)

En los suelos minerales el valor de la densidad real es en promedio 2.6 gr/cm3, esto debido a que el 95% de los suelos son silicatos y la densidad real del slice es de 2.65 gr/cm3 por lo que este valor se generaliza a todos los suelos.18


E. Porosidad. Es el volumen ocupado por los poros y se expresa como el porcentaje del volumen total de suelo. Vt - Vs P = -----------------Vt

(03)

Para calcular el espacio poroso de los suelos es necesario conocer la densidad real y la densidad aparente del suelo. Despejando Vt de (01) y Vs de (02) y reemplazando en (03) tenemos; Pss/da - Pss/dr Pss(1/da - 1/dr) P = ----------------------------- = --------------------------- = (1 - da/dr) Pss/da Pss/da da P = 1 - -------dr Ejemplo: En una muestra de suelo datos: Peso del suelo seco Volmen del cilindro Densidad real

(04)

tomada en un cilindro metlico se tienen los siguientes : 95.00 gr : 70.00 cm3 : 2.65 gr/cm3

Calcular la densidad aparente y la porosidad. Pss 95 da = --------- = -------- = 1.36 gr/cm3 Vt 70 da = 1.36 gr/cm3 da 1.36 Porosidad = 1 - ------- = 1 - --------- = 0.4868 X 100 = 48.68% dr 2.65 P = 48.68 % Diferenciando los espacios de aire, que en adelante llamaremos poros, respecto a la textura del suelo se puede sealar que los poros en los suelos arenosos (Ao) son de mayor tamao (macroporos) que en los suelos limosos (Li) y son an ms pequeos los poros (microporos) que se encuentran en un suelo arcillosos (Ar); pero si se analiza el volumen que ocupan estos poros se puede ver que en un suelo arcilloso existe mayor volumen de poros que en un suelo limoso y el suelo limoso tiene mayor volumen de poros que un suelo arenoso.

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Para el riego es muy importante poder expresar el volumen de agua del suelo en forma de altura de lmina de agua, de la siguiente manera: Suponiendo que se tiene 01 ha y una profundidad de suelo de 0.5 mt, se obtendra un volumen total de 5,000 m3 y si se conoce que su porosidad es del 48.68% (ejemplo anterior) se sabra que existen 2,434 m3 ocupados por poros, si stos estuvieran saturados de agua se tendra 2,434 m3 de agua. De manera similar se puede conocer el contenido de agua en el suelo y se puede medir como se ver mas adelante. Recordemos una equivalencia til: Si se aplica una lmina de 01 mm de agua a una hectrea se tendr: 0.001 m X 10,000 m2 = 10 m3 de agua. Por lo que siempre se utiliza el trmino que 1 mm de lmina de riego es igual a 10 m3/ha e igual a 1 lt/m2 (esta ltima terminologa se utiliza en la medicin de las precipitaciones y en lminas de riego). 1 mm = 1 lt/m2 = 10 m3/ha

2.2. EL RIEGO. 2.2.1. Definicin. El riego es la aplicacin artificial del agua al perfil del suelo, en cantidades y oportunidades adecuadas, para proporcionar condiciones ptimas de humedad para el normal desarrollo del cultivo y producir cosechas rentables en el menor tiempo posible con el mnimo de sacrificio humano. Esto depende de la habilidad, experiencia y destreza del agricultor. El riego es una ciencia ya que se basa en los principios matemticos e hidrulicos tanto para el transporte, como para aplicar en cantidad y oportunidad exacta, adems relaciona conceptos, variables e hiptesis demostrables, sustentados en el conocimiento cientfico validado. El riego es un arte por que valora la habilidad y destreza del usuario. Los objetivos del riego son: Aplicacin de agua en la cantidad suficiente y en el momento oportuno. Mejorar las condiciones ambientales para el desarrollo del vegetal. Disolver nutrientes contenidos en el suelo. Obtener mximas cosechas por m3 de agua utilizada. Obtener mximos rendimientos por hectrea y por tiempo. Movilizar las sales a mayores profundidades no perjudiciales a la planta.

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Para efectuar un riego adecuado es necesario tener en cuenta las siguientes precauciones: Evitar la erosin (hdrica) del suelo promoviendo su conservacin. Evitar el lavado de nutrientes (naturales o aplicados) del suelo. Evitar la acumulacin de sales en el perfil del suelo. Mantener el balance de sales en el perfil del suelo. 2.2.2. Eficiencia de Riego. Es la cantidad de agua que se utiliza en la evapotranspiracin en relacin con la cantidad de agua que se toma de la fuente. Si existiera precipitacin hay que restarle esta. La eficiencia de riego se considera el producto de varias eficiencias como son: Eficiencia de captacin (Ecap) Eficiencia de almacenamiento (Eal). Eficiencia de conduccin (Ec). Eficiencia de distribucin (Ed). Eficiencia de aplicacin (Eap).

Er

= Ecap x Eal x Ec x Ed x Eap

A. Eficiencia de captacin.- Es la relacin entre el caudal de agua captado (Qc) y el que se ha programado captar (Qpc). Ecap = (Qc / Qpc) x 100 B. Eficiencia de almacenamiento.- Es la relacin que existe entre la cantidad de agua que sale del reservorio (Asr) o embalse y la cantidad de agua que entra al mismo (Aer). Esta eficiencia se ve disminuida por las prdidas por evaporacin, filtracin a travs de los taludes o por infiltracin. Eal = (Asr / Aer) x 100 C. Eficiencia de conduccin.- Es la relacin que hay entre la cantidad de agua que llega al final del sistema de conduccin (Afc) y la cantidad de agua que llega al inicio del sistema de conduccin (Aic). Esta eficiencia se ve afectada por la cantidad de agua que lleva el canal, la pendiente, la rugosidad del canal, el permetro mojado, la permeabilidad del material del canal, la elevacin del nivel fretico, etc. Ec = (Afc / Aic) x 100 D. Eficiencia de distribucin o de operacin. Se considera como la relacin que existe entre la diferencia de la cantidad de agua al inicio del sistema (Aic) y las prdidas producidas en las obras de arte, compuertas, tomas laterales o parcelarias, con la cantidad de agua al inicio del sistema de conduccin. Ed = {(Aic Sumatoria de prdida por operacin) / Aic} x 100

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E. Eficiencia de aplicacin. Relacin que existe entre la cantidad de agua utilizada para la evapotranspiracin (Aevt)y el balance de sales (As) en el rea de riego con la cantidad total de agua utilizada en el riego en esa rea (Aa). Eap = {(Aevt + As) / Aa} x 100

2.3. LOS RECURSOS EN EL DISEO DE SISTEMAS DE RIEGO. El diseo de sistemas de riego debe ser integral y responder a una necesidad o demanda de una poblacin, esto implica conocer y evaluar cada uno de los recursos que intervienen en el riego, antes de iniciar un diseo ingenieril, los recursos que se deben tomar en cuenta son: Recurso Humano. El tipo de organizacin o nivel de organizacin alcanzados y que pueden ser aprovechados para la futura organizacin de riego, que deber de encargarse de las administracin, gestin, operacin y mantenimiento del sistema, respetando los usos y costumbres. Recurso Agua. Un inventario de fuentes hdricas, se hace indispensable, considerando su uso actual y su uso potencial. Lo ideal sera contar, adems, con un balance hdrico en el cual se consideren los aspectos climticos (oferta) y productivos (demanda). Esto permite conocer cuanto de la demanda se puede atender en pocas de estiaje, la evolucin histrica respecto al tiempo del recurso y la capacidad de almacenamiento de agua en pocas de lluvia. Recurso Suelo. Caractersticas topogrficas, como conocer las pendientes de los terrenos que se van a irrigar, rea productiva efectiva y potencial. Tipo de suelo, conocimiento de sus caractersticas fsicas como son la textura, estructura, densidad aparente, densidad real, porosidad. Es indispensable conocer el potencial de agua en el suelo, la velocidad de infiltracin, los contenidos de humedad en el suelo (capacidad de campo, punto de marchitamiento permanente, humedad disponible). Calidad y capacidad de uso de los suelos. Recurso Planta. Los cultivos que se producen y el calendario agrcola permitirn conocer la demanda de agua calendarizada. Recurso Atmsfera.. Las caractersticas climticas como la temperatura y precipitacin son necesarias para poder calcular la evapotranspiracin EVT tanto potencial como del cultivo. Adems de poder conocer la oferta hdrica de la cuenca.22


2.4. MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO. 2.4.1. Potencial del agua. El concepto de potencial del agua en un determinado medio (planta, suelo, atmsfera) hace referencia a la intensidad de las fuerzas que tienden a retener el agua en dicho medio, y en consecuencia, a la magnitud del trabajo que es preciso realizar para extraer el agua de ese medio. El potencial hdrico se expresa mediante las siguientes unidades: Atmsfera, equivalente a 1.033 kg/cm2. Bar, equivalente a 0.987 atmsferas y a 105 pascales (Pa) Altura en metros de una columna de agua cuya base es de 1 cm2. Una atmsfera equivale a 10.33 mt de columna de agua. pF , que se define como el logaritmo de la altura de columna de agua, expresada en centmetros. 1 at 1 bar = = 1.033 kg/cm2 0.987 at = = 10.33 mca 105 Pa

La circulacin del agua tiene lugar desde el medio ms hmedo (de mayor potencial) hacia el medio ms seco (de menor potencial), con el fin de establecer un equilibrio de humedad en ambos medios. suelo saturado suelo seco movimiento del agua mayor potencial menor potencial 2.4.2. Potencial del agua en el suelo. El potencial del agua en el suelo esta dado por dos componentes principales: A. Potencial mtrico.- Esta dado por dos fuerzas, que son: la fuerza de cohesin (atraccin que ejercen las molculas de agua entre s), y fuerza de adhesin que es la generada entre las molculas de agua y las molculas slidas. B. Potencial osmtico.- Originada por la fuerza con que las sales retienen al agua, esta puede llegar a tener valores muy altos. El movimiento del agua en ste caso es desde la solucin ms diluida a la solucin ms concentrada por medio de una membrana semipermeable. Este potencial slo se considera en suelos salinos. En cualquier suelo al aumentar la humedad disminuye el potencial del agua, por lo que es absorvida con mayor facilidad por la planta. Se puede diferenciar, entonces que el agua en el suelo se mueve debido a 03 factores:

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1. La gravedad, por el propio peso del agua, sta tiende a caer a las capas inferiores. 2. La capilaridad, mediante el cual el agua se mueve en todas las direcciones a travs de los poros. 3. La distinta concentracin de sales.

2.4.3. Velocidad de infiltracin bsica- Vi. La infiltracin es el movimiento del agua desde la superficie hacia las capas ms profundas. Este parmetro condiciona el tiempo de riego y en el diseo del sistema. La velocidad de infiltracin reviste capital importancia para el diseo de los sistemas de riego, ya que al suelo no se le puede aplicar una pluviometra superior a la de la velocidad de infiltracin bsica ya que se producira un encharcamiento. La velocidad de infiltracin depende de: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. La lmina de agua empleada para el riego. La textura y estructura del suelo. El tiempo de infiltracin. El contenido inicial de agua en el suelo. La conductividad hidrulica saturada K. El estado de la superficie del suelo y la presencia de estratos de diferente textura. De la profundidad de la capa fretica.

Por lo general para graficar la velocidad de infiltracin se utilizan escalas semilogartmicas donde en las ordenadas va la velocidad de infiltracin y el tiempo en las abscisas. La curva suele ser una lnea recta, que por consiguiente puede ser representada po la ecuacin de Kostiakov. I = a Tn (5)

En el caso que las observaciones de la infiltracin se refieren a perodos largos, se obtiene una representacin de los datos ms adecuada utilizando la ecuacin: I = a Tn + b Donde: I a (6)

= velocidad de infiltracin instantnea, en un tiempo t (cm/hr). = es un parmetro que representa la cantidad de infiltracin durante el intervalo inicial. n = es un parmetro que indica la forma en que la velocidad de infiltracin se reduce conforme pasa el tiempo (negativa). t = tiempo en minutos Teniendo en cuenta que n es negativa, I y T se mueven en sentido opuesto. Por consiguiente, la velocidad de infiltracin I tendra b cuando el tiempo aumente.

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A. La lmina de infiltracin acumulada D.- El volumen de agua que penetra en el terreno puede ser representado ms adecuadamente por el espesor acumulado de agua infiltrada, puesto que la velocidad inicial supera en mucho a la final. Esta cantidad se calcula integrando la ecuacin (5) con relacin al tiempo. a D = I dT = a Tn dT = -------- Tn+1 (07) n+1 Si hacemos: (a/n+1) = C y (n+1) = m, se tiene: (08)

D = C Tm Donde D viene a ser la lmina acumulada.

B. Velocidad de infiltracin acumulada Im -.Es la relacin entre la lmina acumulada y el tiempo acumulado. Se expresa en cm/hr y se determina mediante la siguiente expresin matemtica: Im = a1 Tb Donde : Im : a1 : b : T (09)

= es la infiltracin acumulada en cm/hr = es la lmina acumulada en cm/hr, cuando el tiempo es un minuto. = es la pendiente de la recta (negativa). = tiempo en minutos

C. Velocidad de infiltracin bsica Ib -. Es la velocidad de infiltracin instantnea cuando la proporcin de cambio entre dos valores contnuos es igual o menor del 10%. Su expresin matemtica es: Ib = a Tb Donde : : : : Ib a T b (10)

= es la infiltracin basca en cm/hr. = es la infiltracin instantnea en cm/hr. = es 600b (minutos), es el tiempo terico en el cual ocurrir Ib. = es la pendiente de la recta (negativa).

Los valores de velocidad de infiltracin bsica, que generalmente se manejan en rangos amplios son: Velocidad de infiltracin lenta = Velocidad de infiltracin moderada = Velocidad de infiltracin rpida = 0.5 a 2 cm/hr 2.1 a 13 cm/hr mayor de 13.1 cm/hr

D. Medicin de la velocidad de infiltracin. Mtodo del cilindro infiltrmetro.25


Este mtodo, recomendado para diseos de riego por aspersin y goteo, consiste en verter el agua en un recipiente cilndrico colocado sobre el terreno y medir en tiempos sucesivos la disminucin de la altura del agua vertida en el cilindro. El movimiento del agua en el suelo es vertical y horizontal, pero lo que interesa medir es el movimiento vertical, para evitar este error se coloca otro cilindro concntrico de mayor dimetro y se vierte agua entre los dos cilindros; de esta manera se evita la infiltracin lateral. Figura N 3 30 cm

Cilindros concntricos 30 cm Suelo 15 cm 60 cm Las recomendaciones bibliogrficas 1 sealan que el cilindro central es de acero, debe tener un dimetro de al menos, 30 cm. y una longitud superior a los 30 cm. Es recomendable que el acero tenga un espesor de 5 mm y vaya provisto de un borde con filo, con el fin de clavarlo con facilidad en el terreno sin deteriorar la estructura del suelo. El cilindro perifrico tendr una longitud de 20-25 cm y un dimetro de, al menos, 30 cm mayor que el del cilindro interior. De una manera prctica se puede, como anillo exterior, los cilindros de combustible de 55 galones comunmente utilizados, sin tapa, y cortados segn las especificaciones sealadas en el prrafo anterior (el dimetro de estos cilindros es de 60 cm) y como anillo interior se puede hacer uso de un valde de plstico de 12 litros sin fondo. Con estos dos implementos se puede hacer la prueba de infiltracin con resultados muy cercanos a la realidad. La lectura de la altura del agua se hace mediante una regla graduada. A continuacin se presentan algunos valores de la velocidad de infiltracin bsica en mm/hr segn la textura.

Cuadro N 03: Velocidad de Infiltracin bsica de los suelos segn su textura. TEXTURA Velocidad de Infiltracin bsica mm/hr Arcilloso 3.8 1 En este texto se recomiendan las medidas que aparecen en Tcnicas de Riego, Fuentes Yage Jos Luis, Ministerio de Agricultura Pesca y Alientacin. Edita I.R.Y.D.A. 1992. Otra bibliografa como la de Israelsen y Hansen sealan los cilindros deben tener por lo menos 23 cm de dimetro 26


Franco arcilloso 6.4 Franco limoso 7.6 Limoso 8.0 Franco 8.9 Limo arenoso 10.0 Arenoso limoso 15.0 Franco arenoso 16.0 Arenoso 19.0 Arenoso grueso 50.0 Fuente: V. Conesa, basado en la Publicacin 24 FAO

El proceso de medicin es de la siguiente forma: Se coloca el cilindro de menor dimetro en el lugar elegido y se introduce en el suelo mediante golpes de martillo hasta que haya penetrado 15 - 20 cm. Se procurar en todo momento que el cilindro no quede inclinado, con el fin de evitar que se alteren las condiciones de la superficie del suelo. El cilindro de mayor dimetro se coloca concntrico con el anterior y se introduce a menor profundidad que este ltimo. Se llena de agua el espacio comprendido entre ambos cilindros hasta una altura de 5-10 cm y se mantiene constante esa altura de agua durante todo el proceso. Inmediatamente despus se llena de agua el cilindro interior hasta una altura de 15-20 cm. Rpidamente se marca este nivel, que ha de servir de referencia a las lecturas posteriores, y se anota el momento de la operacin. Se realizan mediciones de la altura de agua del cilindro interior a intervalos peridicos de 2 a 5 minutos, anotando los valores observados. Si se quiere tener una informacin ms completa, se pueden hacer mediciones a los 5,10, 20, 30, 45, 60, 90 y 120 minutos y luego, cada hora, hasta completar un tiempo de 3-4 horas o en todo caso, hasta llegar a la permeabilidad estabilizada, que se alcanzara antes en suelos arenosos que en los arcillosos. Nota: Cuando el agua baja hasta una altura de unos 6 cm se agrega agua al cilindro central hasta el nivel inicial. Con los datos obtenidos se calcula la cantidad de agua infiltrada durante un determinado tiempo y se elaboran los grficos correspondientes. Mtodo del surco infiltrmetro. Existen otros mtodos como el del surco infiltrmetro, recomendado para el diseo de riego por surcos, donde se miden los caudales de entrada y de salida, colocando dos medidores a lo largo de un surco, se hacen las mediciones a diversos intervalos de tiempo y por un lapso de al menos 2 hr, hasta que el caudal de salida se haga constante, luego se aplica la frmula:

Q1 Q2 I = -------------------- x 10 x 3600 bxL Donde: I = Velocidad de infiltracin en cm/hr.

(11)

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Q1 Q2 L b

= Caudal de entrada al surco en lt/sg. = Caudal de salida, en lt/sg. = Longitud que separa los dos medidores, en dm. = Espaciamiento entre surcos, en dm.

Como ejemplo se presenta el anlisis de datos de campo de velocidad de infiltracin, mtodo de cilindros infiltrmetros, que se ejecut en la comunidad de Tual, sub cuenca del Ro Mashcn en Cajamarca; durante la ejecucin de la tesis de grado del autor.

Foto N 1: aforadores ubicados en los surcos. Cusco

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Cuadro N 04: Datos de campo de Velocidad de Infiltracin - TualTIEMPO (hr) a 11:00 11:01 11:03 11:05 11:07 11:09 11:11 11:13 11:15 11:20 11:23 11:25 11:27 11:30 11:35 11:40 11:45 11:46 11:48 11:50 11.55 11:56 12:01 12:05 12:10 12:20 12.22 12:25 12:30 12.31 12:35 12:40 12:45 12:50 12.55 13:00 13:01 13:05 13:10 T. Parcial (min) b 0 1 2 2 2 2 2 2 2 5 3 2 2 3 5 5 5 1 2 2 5 1 5 4 5 10 2 3 5 1 4 5 5 5 5 5 1 4 5 T. Acumul. (min) c = X* 0 1 3 5 7 9 11 13 15 20 23 25 27 30 35 40 45 46 48 50 55 56 61 65 70 80 82 85 90 91 95 100 105 110 115 120 121 125 130 Lectura (cm) d 18.0 18.5 19.7 20.7 21.6 22.5 23.3 24.0 24.8 26.6 22.3 23.0 23.8 24.9 26.8 28.3 30.3 25.5 26.3 27.0 28.5 19.2 21.8 23.5 25.8 29.2 22.1 23.5 25.7 16.5 18.4 20.6 22.9 25.2 27.1 29.8 25.0 26.2 27.7 Diferencia (cm) e 0.0 0.5 1.2 1.0 0.9 0.9 0.8 0.7 0.8 1.8 0.7 0.8 1.1 1.9 1.5 2.0 0.8 0.7 1.5 2.6 1.7 2.3 3.4 1.4 2.2 1.9 2.2 2.3 2.3 1.9 2.7 1.2 1.5 Lam. Acum. (cm) f = Y* 0.0 0.5 1.7 2.7 3.6 4.5 5.3 6.0 6.8 8.6 8.6 9.3 10.1 11.2 13.1 14.6 16.6 16.6 17.4 18.1 19.6 19.6 22.2 23.9 26.2 29.6 29.6 31.0 33.2 33.2 35.1 37.3 39.6 41.9 43.8 46.5 46.5 47.7 49.2 Velocidad (cm/hr) g = e x 60 / b 30.0 36.0 30.0 27.0 27.0 24.0 21.0 24.0 21.6 21.0 24.0 22.0 22.8 18.0 24.0 24.0 21.0 18.0 31.2 25.5 27.6 20.4 28.0 26.4 28.5 26.4 27.6 27.6 22.8 32.4 18.0 18.0

* Para la regresin estas columnas asumen los valores de X y Y respectivamente Prueba de regresin de potencias para la lmina acumulada (Y) y el tiempo acumulado (X) y el clculo de la velocidad de infiltracin - Tual La frmula linearizada de una ecuacin como la de Kostiakov (8) es: ln Y = ln A + B ln X (12)

La regresin se hace para ver la correlacin que existen entre los valores y permite calcular la pendiente m de la curva y el coeficiente C. Frmula de la lmina acumulada es: D = CTm Los resultados obtenidos con la regresin de potencias son:

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r = 1.00 n = 32

C = 0.57 sum X = 113.80 sum Y = 84.73

m = 0.90 sum X2 = 450.63 sum Y2 = 261.48

D = 0.57 T0.90 sum XY= 342.49

Derivando se obtiene la velocidad de infiltracin instantnea dD I = -------dT I = 0.51 T -0.10 x (60) = I = 30.60 T -0.10

Se multiplica por 60 para convertir a cm/hr Para calcular la velocidad acumulada: Im = a1 Tb se calcula a1 (lmina acumulada cuando el tiempo es un minuto), reemplazando 1 en D = 0.57 x T0.9 y multiplicando por 60 para convertir a cm/hr se tiene que a1 = 34.19 por lo tanto: Im = 34.19 T-0.1. Resumiendo las frmulas as obtenidas se tiene que: D = 0.57 T0.90 I = 30.60 T-0.10 Im = 34.19 T-0.10

Con estas frmulas y tomando el tiempo acumulado del cuadro N 04 se tabulan los datos de D, I, Im, que se muestran en el cuadro N 05. Con estos datos se confeccionan las curvas de infiltracin (figura N 04). Estas curvas de infiltracin permiten ver el comportamiento del agua en un determinado suelo respecto al tempo. Se puede observar la lmina acumulada D en un tiempo T a una velocidad de infiltracin media Im o a la velocidad instantnea I. Adems permiten inferir la velocidad de infiltracin bsica (cuando la velocidad tiende a ser constante). E. Velocidad de infiltracion bsica (Ib).- Es la velocidad de infiltracin instantnea cuando la proporcin de cambio entre dos valores contnuos es igual o menor del 10%. Su expresin matemtica es: (13) Ib = a Tb es infiltracin bsica en cm/hr es infiltracin instantnea en cm/hr es 600b (minutos), es el tiempo terico en el cual ocurrir la Ib. pendiente de la recta.

Donde:

Ib a T b

= = = =

La formula que se emplea es la de velocidad de infiltracin instantnea, en un tiempo T que es T = 600b, donde b es la pendiente de la recta, en este caso es: -0.1, reemplazando se tiene: T = 600 x (0.1) = 60 minutos que sera el tiempo terico en que ocurrira la Ib Reemplazando en la frmula de velocidad de infiltracin instantnea se tiene: Ib = 20.32 cm/hr La Velocidad de infiltracin bsica de este ejemplo es de 20.32 cm/hr la cual es una velocidad rpida segn el cuadro N 03.

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Cuadro N 05: Datos tabulados de D, I, Im de Tual D = 0.57 T0.90* I = 30.60 T-0.10*TIEMPO ACUMULADO (T) 1 3 5 7 9 11 13 15 20 23 25 27 30 35 40 45 46 48 50 55 56 61 65 70 80 82 85 90 91 95 100 105 110 115 120 121 125 130 LMINA ACUMUL. (D) 0.57 1.53 2.43 3.28 4.12 4.93 5.73 6.52 8.45 10.33 11.07 12.17 13.98 15.77 17.53 18.58 19.27 21.00 23.05 24.41 26.09 29.42 31.07 32.71 34.34 35.96 37.58 39.19 40.79 42.38 43.96 45.54 VELOCIDAD INFILTRACIN (I) 30.6 27.42 26.05 25.19 24.56 24.08 23.68 23.34 22.68 22.18 22.01 21.78 21.44 21.16 20.91 20.78 20.69 20.50 20.29 20.16 20.01 19.74 19.62 19.51 19.41 19.31 19.21 19.12 19.04 18.96 18.88 18.81

Im = 34.19 T-0.10*VELOCIDAD MEDIA (Mi) 34.19 30.63 29.11 28.14 27.45 26.90 26.45 26.08 25.34 24.78 24.59 24.33 23.96 23.64 23.37 23.22 23.12 22.90 22.67 22.52 22.36 22.06 21.93 21.80 21.68 21.57 21.47 21.37 21.27 21.18 21.10 21.01

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Figura N 04: Curvas de inflitracin TUAL32


De acuerdo al manual de clasificacin de suelos segn la velocidad de infiltracin con fines de riego del Boreau of Reclamation del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, los rangos empleados son expresados en la cuadro N 06 Cuadro N 06: Clasificacin de la infiltracin segn el USDA de los EE.UU.CLASE Infiltracin lenta Infiltracin moderadamente lenta Infiltracin moderada Infiltracin moderadamente rpida Infiltracin rpida Infiltracin muy rpida Fuente: ILRI (1977) INFILTRACIN BSICA (cm/hr) menor a 0.5 0.5 - 2.0 2.1 - 6.0 6.1 - 13.0 13.1 - 25.0 mayor a 25.0

2.4.4. Contenido de humedad del suelo. El contenido de humedad del suelo se puede expresar de la siguiente manera: A. Humedad gravimtrica. Se expresa en porcentaje de peso con relacin al peso de suelo seco. Pa Hg = -------------- x 100 (14) Pss Donde: : Hg = Humedad gravimtrica, expresada en porcentaje : Pa = Peso del agua : Pss = Peso de suelo seco a estufa a 105C Ejemplo: Una muestra de suelo pesa 80 gr y despus de secado a la estufa pesa 50 gr. Expresar la humedad en porcentaje de suelo seco. Peso del suelo hmedo Peso del suelo seco Peso del agua 80 gr. 70 gr. ------------10 gr.

Hg = Pa / Pss = 10/70 x 100 = 14.29 % B. Humedad volumtrica, es la expresin del contenido de agua en volmen respecto al volmen total de suelo. Va Hv = --------------- x 100 Vs Donde: Hv = Humedad volumtrica expresada en porcentaje Va = Volmen de agua Vs = Volmen total de suelo.

(15)

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Ejemplo: Calcular la humedad volumtrica de una muestra de suelo que tiene un volumen total de 800 cm3 y un peso de 1,500 gr. El suelo seco pesa 1,300 gr. Peso del suelo hmedo Peso de suelo seco = 1,500 gr = 1,300 gr --------------Peso del agua = volmen agua = 200 gr. Esta igualdad se da debido a que el valor de la densidad del agua es de 1,000 kg/m3, suponindose algunas constantes. Va 200 Hv = ----------- = ------------- = Vs 800

0.25 = 25 %

Con este resultado es posible calcular la cantidad de agua que contiene un suelo si se toma en cuenta el rea y la profundidad de suelo que se quiere humedecer con la equivalencia sealada anteriormente: 1mm de agua = 1 lt/m2 = 10 m3/ha. 2.4.5. Relaciones y constantes de humedad del suelo. Como se mencion antes, el agua ocupa los espacios libres que tiene el suelo (poros), este contenido vara de acuerdo a diferentes factores, pero se puede sealar que existen algunos parmetros que permitirn comprender ms este aspecto: A. Saturacin. Se dice que un suelo est en estado de saturacin cuando el agua a ocupado todos los espacios libres o poros, no existiendo aire en el suelo. Cuando se llega a este estado se dice que el suelo est a 100% de contenido de humedad, se presenta en un suelo agrcola despus de un riego pesado como el riego de machaco. Luego el suelo se va drenando por gravedad ayudado por la percolacin, ya que practicamente el potencial del agua en el suelo llega a 0 atmsferas; a esta agua se le llama agua gravitacional o agua libre. B. Capacidad de Campo - CC -. Cuando el suelo deja de perder agua por gravedad, se dice que el suelo est a capacidad de campo. La capacidad de campo CC, viene a ser la mxima cantidad de agua que el suelo puede retener, este lmite generalmente se llega cuando el potencial de retencin de agua por el suelo alcanza las 0.3 atmsferas en suelos francos, 0.5 en suelos arcillosos y 0.1 atmsferas en suelos arenosos. En este momento el agua ocupa los poros pequeos y los poros grandes son ocupados por aire. La cantidad de agua que puede retener un suelo a la capacidad de campo depende ms de los microporos, por cuyo motivo depende ms de la textura que de la estructura. Este es el punto ms favorable para el crecimiento de las plantas y a34


donde debe llegarse con el riego. C. Punto de Marchitamiento Permanante - PMP - . A partir de la CC el agua se va perdiendo por evapotranspiracin o consumo del agua por la planta y de no reponerse, el potencial hdrico va aumentando en la zona radicular hasta llegar el momento que la raiz no tiene la fuerza suficiente para extraer el agua que tiene el suelo, este lmite generalmente se alcanza a las 15 atmsferas y es en este momento que la planta se comienza a marchitar de manera irreversible. En suelos arenosos puede llegar a 20 atmsferas y en arcillosos se puede alcanzar este lmite a las 10 atmsferas. D. Humedad disponible - HD -. La humedad disponible es el agua que se encuentra entre la capacidad de campo y el punto de marchitez permanente. Para poder entender mejor este concepto, pensemos en una esponja, al sumergirla en un depsito de agua esta se satura, al sacarla el agua cae hasta llegar un momento en que deja de gotear, en este momento podramos compararla con un suelo a capacidad de campo. Si comenzamos a aplastarla, comenzar a caer agua nuevamente, la fuerza que hacemos sera el esfuerzo que hace la planta para tomar el agua del suelo. Si continuamos exprimiendo la esponja, llegar un momento en que deja de caer el agua pero la esponja seguir humeda., en este punto podemos compararla con un suelo en el punto de marchitez permanente. La cantidad de agua desde CC hasta PMP se define como humedad disponible. A continuacin se muestra, en el cuadro N 07, valores que pueden servir de referencia para conocer la CC y el PMP segn la textura. Cuadro N 07 Retencin del agua segn diferentes texturas del sueloTEXTURA Arcilloso Arcillo limoso Franco arcilloso Franco - limoso Limoso Franco Limo arenoso Arenoso limoso Franco arenoso Arenoso franco Arenoso Fuente: FAO Publicacin 24 CC (%) 48 45 41 38 36 31 27 18 16 14 12 PMP (%) 19 18 17 16 15 13 11 8 7 6 5 AGUA DISPONIBLE % 29 27 24 22 21 18 16 10 9 8 7

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Factores que afectan la humedad disponible. 1. Los coeficientes hdricos CC PMP. 2. Contenidos de sales en el suelo; para que la planta consuma el agua tiene que vencer 02 presiones, la presin osmtica PO, dada por las sales y la presin mtrica PM, dada por el suelo. En suelos salinos la PO cambia aumentando de valor, cambiando tambin la CC y el PMP. 3. Espesor del suelo y su estratificacin; los valores de la CC, PMP, HD son diferentes en cada estrato, la lmina a calcular y la lmina disponible hay que calcularlas por separado para cada estrato. 4. La materia orgnica, esta tiene una elevada porosidad que le permite retener una considerable cantidad de agua. 5. La profundidad de races Ejemplo: Calcular el volumen de agua disponible en una hectrea de suelo de textura franco-arcillosa y a una profundidad de suelo de 0.5 mt: Dap segn textura = 1.20 tm/m3 Profundidad de suelo = 0.50 m Humedad a CC = 41.0 % de suelo seco (segn cuadro N 07) Humedad en PMP = 17.0 % de suelo seco (segn cuadro N 07). Peso de 01 ha de suelo, se tiene que da = Pss/Vt

Pss = da x Vt = (1,200 kg/m3) x (10,000 m2 x 0.5m) Pss = 6000,000 kg = 6,000 TM Agua disponible = CC - PMP = 41.0 17.0 = 27.0 % de suelo seco Volumen de agua disponible = 6,000 X 0.27 = 1,620.0 m3 1,620 m3 Expresado en mm sera = ---------------------- = 0.162 m = 162 mm 10,000 m2 E. Clculo de la capacidad de campo - CC - y punto de marchitamiento PMP. 1. Mtodo gravimtrico. Se extraen las muestras de las calicatas y se somete a succiones (presiones negativas) con diferentes presiones negativas que van de 0 - 15 atmsferas; para cada caso se determina su contenido de humedad y con estos datos se grafica. En el plano de coordenadas, se coloca en el eje de las Y el pF (se define como el logaritmo de la altura de columna de agua, expresada en cm.), y en el eje de las X el contenido de humedad; y se puede ubicar la CC con un valor de pF = 2.5 y el PMP con un valor de pF = 4.2.

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Estos valores se pueden medir en laboratorio, pero existe un mtodo emprico que permite medir la CC y el PMP en base a la composicin de la textural con resultados satisfactorios para fines prcticos: 2. Mtodos empricos. Fuentes Yage, Jos Luis en la publicacin del I.R.Y.D.A. del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentacin de Epaa Tcnicas de Riego seala los siguientes mtodos empricos para CC y PMP. La Capacidad de Campo viene dada por: CC = 0.48 Ar + 0.162 Li + 0.023 Ao + 2.62 Donde: CC Ar Li Ao = humedad a CC expresada en % de Pss = contenido de arcilla, expresada en % Pss = contenido de limo, expresado en % Pss = contenido de arena, expresada en % Pss (16)

El Punto de Marchitamiento Permanente viene dado por: PMP = 0.302 Ar + 0.102 Li + 0.0147 Ao Donde: PMP = humedad de PMP expresado en % de Pss Ar, Li, Ao tienen el mismo significado que en la frmula (16). Ejemplo: Calcular la humedad a CC y en el PMP de un suelo cuyos coeficientes texturales son:: 35% de arcilla, 20 % de limo y 45 % de arena, expresado en porcentaje de Pss. CC = 0.48 x 35 + 0.162 x 20 + 0.023 x 45 + 2.62 = 23.69 % PMP = 0.302 x 35 + 0.102 x 20 + 0.0147 x 45 3. Otros mtodos.3.1. Del

(17)

= 13.27 %

Girasol.- Existen otros mtodos de laboratorio como el del girasol para el clculo el PMP, o el saturar un suelo e ir midiendo su humedad a los 2 o 3 das luego de cubrirlo con un plstico para evitar la evaporacin para el caso de la CC. Otro de los mtodos para medir la humedad del suelo, es por medio de equipos como son los tensimetros que tienen un rango de 0 a 1 bar o atmsferas, como se puede ver solo se pueden utilizar para medir en el momento que el suelo alcanza la CC. Estos vienen graduados en escalas de 0 a 100 centibares. Estos instrumentos deben ser calibrados antes de utilizarce. Los rangos que se definen son:37

3.2. Tensimetros.-


De 0 a 10 centibares, indican suelo saturado. De 10 a 20 centibares, el suelo est a capacidad de campo. De 30 a 60 centibares, intervalo para iniciar el riego. Ms de 70 centibares, en la mayora de los suelos y cultivos una lectura superior a 70 centibares indica que las plantas no disponen de todo el agua necesaria para un crecimiento mximo.

3.3. Medidores

de Resistencia Elctrica.- Estos aparatos constan de dos bloques porosos que se entierran en el suelo provisto de una resistencia elctrica. Debido a que el agua conduce muy bien la electricidad, el paso de la corriente elctrica ser ms rpido cuanto mayor sea el contenido de agua. Midiendo esta velocidad se puede saber el contenido hdrico del suelo. Estos instrumentos deben de ser calibrados antes de utilizarce. de Neutrones.- La sonda de neutrones se introduce en el suelo a la profundidad deseada, leyndose el porcentaje de humedad en una tabla de conversin. El mtodo es muy rpido pero el aparato es caro y puede haber peligro de radiacin. Este aparato contiene material radiactivo que emite neutrones de movimiento rpido, los cuales chocan con los ncleos de hidrgeno y desvan su trayectoria. Algunos de los neutrones desviados alcanzan a un detector situado en la misma sonda. La probabilidad de que los neutrones desviados alcancen la sonda es proporcional a la cantidad de hidrgeno presente en el suelo. Dado que el agua es la principal fuente de hidrgeno en el suelo, se puede tomar como medida de la humedad del suelo la frecuencia con que los neutrones alcanzan al receptor.

3.4. Sonda

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Cuadro N 08: PLANILLA AGROCLIMATOLGICA Perodo : Temperatura: 1997 Humedad relativa: 1965 1996 Precipitacin: 1931 1990 Evaporacin: 1965 1986 : Heliofona: 1965 - 1993 Estacin : GRANJA KAYRA LATITUD : 1334 Departamento : CUSCO Cdigo : 1E+05 LONGITUD : 7154 Provincia : CUSCO Tipo : CLIMATOLGICA PRINCIPAL ALTITUD : 3,219 m.s.n.m. Distrito : SAN JERNIMOMES Temperatura aire Extremas Med Max. C Min. C Arit. C 19.3 8.1 13.7 19.7 7.2 13.5 19.7 7.2 13.5 20.7 5.5 13.1 20.3 3.7 12.0 20.4 1.5 11.0 21.1 -1.3 9.9 18.5 3.8 11.2 18.5 3.8 11.2 22.4 7.8 15.1 21.8 8.2 15.0 22.3 8.8 15.6 244.7 64.3 154.5 20.4 5.4 12.9 1,997 1,997 1,997 Med Arit. F 56.7 56.2 56.2 55.6 53.6 51.7 49.8 52.1 52.1 59.2 59.0 60.0 662.1 55.2 1,997 Humedad del aire Humedad realtiva (%) Min Max Med arit. 63 86 72 64 88 72 61 89 73 58 86 71 50 83 65 40 83 62 48 82 60 44 83 57 44 81 58 40 80 59 47 81 61 54 86 65 613 1,008 775 51.1 84.0 64.6 1965 1965 1965 1996 1996 1996 Precipitac. (mm) 140.4 111.1 94.9 40.0 7.2 4.2 3.1 5.5 22.6 49.2 66.4 100.1 644.7 1931 1990 Evaporacin (mm) Pich 62.1 55.0 61.1 65.3 81.7 88.8 97.9 100.5 90.1 95.0 83.9 74.2 955.6 79.6 1965 1986 Heliofona media hr/mes 124.1 122.5 148.1 184.3 234.2 235.2 247.9 236.1 199.0 198.2 165.0 144.0 2,238.6 1965 1993 Heliofona hr 4.00 4.38 4.78 6.14 7.55 7.84 8.00 7.62 6.63 6.39 5.50 4.65 73.48 6.12 1965 1993

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC TOTAL PROMEDIO PERODO DE AOS

FUENTE DE INFORMACIN:

SENAMHI

Para efectos de una mejor comprensi y poder presentar ejemplos reales en la aplicacin de las diferentes metodologas se presenta el cuadro N 08, que son datos de la estacin meteorolgica de Granja KAyra ubicada en el distrito de San Jernimo en la provincia y departamento del Cusco. Estos datos se utilizarn en todos los ejemplos que se citen.

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2.5. EVAPOTRANSPIRACIN. A la evapotranspiracin tambin se le conoce como el uso consuntivo del agua y es la cantidad de agua transpirada por el cultivo y evaporada desde la superficie del suelo. Existen dos tipos de evapotranspiraciones EVT. A. Evapotranspiracin potencial o mxima, EVTo Es la cantidad de agua consumida durante un intervalo de tiempo, en un suelo cubierto de una vegetacin homognea, densa, en plena actividad vegetativa y con un buen suministro de agua. B. Evapotranspiracin real EVTr Es la cantidad de agua realmente consumida por un determinado cultivo durante el perodo de tiempo considerado. El rendimiento del cultivo es mximo cuando la transpiracin es mxima y esto ocurre en las mejores condiciones posibles; esto ocurre cuando la evapotranspiracin real coincide con la evapotranspiracin potencial. La evapotranspiracin y la transpiracin se ven favorecidas cuando el aire est caliente, seco o muy movido (viento). La EVT depende de: Disponibilidad de agua en el suelo. Capacidad de absorcin de las plantas. Capacidad para transpirar esa agua contenida en el suelo. Suelo Capacidad de rentencin. Capacidad de calentamiento. Exposicin a los rayos solares. Naturaleza de la vegetacin. Condiciones meteorolgicas que favorecen o atenan la evaporacin como: La radiacin solar Vientos Humedad atmosfrica, etc. 2.5.1. Clculo de las necesidades de agua de los cultivos. La determinacin de las necesidades de agua de un cultivo puede hacerse por diversos mtodos. A. Mtodo directo. El Lismetro.- Recipiente de gran tamao lleno de tierra en donde se siembra la planta objeto de estudio y se cultiva de la forma mas uniforme posible a como se efecta el cultivo en el campo. Se coloca a la intemperie, sobre una superficie en la que pueda recogerse el agua que escurra. Peridicamente se pesa el recipiente lo que permite conocer el agua perdida por evapotranspiracin durante el perodo que se considere. Este mtodo es costoso y demanda de mucho trabajo, por lo que40


slo se realiza en trabajos de investigacin. B. Mtodos empricos.- Evalan la evapotranspiracin a partir de datos climticos y de otra clase. Entre ellos destacan los cuatro mtodos expuestos por Doorembos y Pruitt en la publicacin de FAO "Las Necesidades de Agua de los Cultivos": 1) 2) 3) 4) 5) 6) Mtodo de Blaney-Criddle. De la radiacin. De Penman. De la cubeta evaporimtrica. Mtdos de Christiansen. Mtodo de Hargreaves

Segn estos mtodos, para calcular la evapotranspiracin de un cultivo cualquiera se valora antes la evapotranspiracin de un cultivo de referencia, relacionndose ambos mediante un coeficiente obtenido experimentalmente. ET (cultivo) = ETo x Kc (18)

Donde: ETc = Evapotranspiracin de un cultivo determinado, expresado en mm por da. ETo = Evapotranspiracin del cultivo de referencia, expresado en mm por da. Kc = Coeficiente de cultivo, variable con el propio cultivo y con su perodo vegetativo, variedad, poca de siembra y cosecha. ETo.- Se define como la tasa de evapotranspiracin de un cultivo extenso y uniforme de gramneas, de 8 a 15 cm. de altura, en crecimiento activo, que sombrea totalmente el suelo y no est escaso de agua. La ET (cultivo) ETc.- Es la evapotranspiracin de un cultivo determinado en un suelo frtil, sin enfermedades y con suficiente cantidad de agua para dar una plena produccin. El clculo de ETo se hace en la misma zona de riego (mtodo de la cubeta evapormetrica) o mediante frmulas que relacionan ciertos datos climticos (mtodos de Hargreaves, Blaney-Criddle, de la radiacin y de Penman). Los mtodos de Hargreaves, de Blaney-Criddle, de la Radiacin y de Penman se utilizan, generalmente, como mtodos de prediccin, mientras que el mtodo de la cubeta evaporimtrica mide la evaporacin real ocurrida en dicha cubeta (que se relaciona con la evapotranspiracin real), aunque tambin se puede utilizar como mtodo de prediccin, este ltimo mtodo es la menos precisa. En el anexo 01 se desarrollan ejemplos empleando los mtodos de Blaney Criddle, el de la Radiacin, Penman y el de la cubeta evaporimtrica. Para efectos prcticos desarrollaremos el mtodo de Hargreaves que se basa en registros de radiacin media mensual en cal/cm2/da. Pero en tanto es muy restringida la posibilidad de encontrar informacin de esta naturaleza, la ecuacin de Hargreaves debe emplearse solo en los lugares donde no exista informacin de41


radiacin directamente medida pero que pueda ser calculada a partir de los registros de horas de sol y ajustadas por altura, tal como veremos. 2.5.2. Mtodo de Hargreaves. Para hacer ms aplicable y sencillo el desarrollo metodologgico de Christiansen, para anular el proceso convectivo de la altura y por lo tanto el incremento de la ETo, el procedimiento original ha sido modificado por el autor Hargreaves, en 1,975 a la siguiente relacin: ETo = 0.0075 x Rs x F x FA (19) Donde: : ETo = Evapotranspiracin potencial mensual (mm). : 0.0075 = Constante de interrelacin entre ETo y radiacin. : Rs = Radiacin solar (llamada tambin radiacin incidente) que llega a la superficie de la tierra, expresada en equivalente de evaporizacin (mm/mes). : F = Temperatura media mensual (F). : FA = Factor de altura. Para el clculo tomaremos los datos de la estacin Granja Kayra que se presentan en el Cuadro N 08. a. Temperatura Media Mensual (C y F).- En el cuadro N 8 se encuentran los datos de temperatura en grados Centgrados y Farenheit. Para transformar grados centgrados a Farenheit se utiliza la relacin: F = 9/5 (C) + 32 Para el mes de junio se tiene = 51.7 F b. Nmero de horas promedio de sol mensual SM y Nmero promedio de horas reales diarias de insolacin - n -.- Los valores de de SM y n se obtienen mediante el heligrafo situado en la zona de estudio. En el cuadro N 8 se tienen estos datos de heliofona, tanto de n como de SM. Ejemplo: en el mes de junio se tiene: SM = 235.2 hr y n = 7.84 hr c. Nmero de horas mximas posibles (N) de insolacin fuerte.- Referido al nmero de horas de insolacin fuerte que recepcionara un punto de la superficie terrestre, de no mediar la nubosidad. Estos valores varan de acuerdo a la latitud del lugar y la poca del ao. Estos valores estn pre establecidos, en el cuadro N 9 se indican los valores de N correspondientes a distintos meses y latitudes. Por ejemplo si se quiere encontrar el valor de la duracin mxima diaria media de las horas de fuerte insolacin N en el mes de junio para una latitud como la de la estacin Granja Kayra (1334 latitud sur) se tendr que interpolar: Latitud Sur Junio 10 -------------------- 11.542

(20)


15 -------------------- 11.2 Para 1334 le corresponde un N = 11.286Cuadro N 9: Duracin mx diaria media de las horas de fuerte insolacin N en diferentes meses y latitudes. Latit. Norte Ene. Feb Mar. Abr May. Jun. Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Latitud Sur Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Ene. Feb Mar. Abr May. Jun. 50 8.5 10.1 11.8 13.8 15.4 16.3 15.9 14.5 12.7 10.8 9.1 8.1 48 8.8 10.2 11.8 13.6 15.2 16.0 15.6 14.3 12.6 10.9 9.3 8.3 46 9.1 10.4 11.9 13.5 14.9 15.7 15.4 14.2 12.6 10.9 9.5 8.7 44 9.3 10.5 11.9 13.4 14.7 15.4 15.2 14.0 12.6 11.0 9.7 8.9 42 9.4 10.6 11.9 13.4 14.6 15.2 14.9 13.9 12.9 11.1 9.8 9.1 40 9.6 10.7 11.9 13.3 14.4 15.0 14.7 13.7 12.5 11.2 10.0 9.3 35 30 25 20 15 10 5 10.1 10.4 10.7 11.0 11.3 11.6 11.8 11.0 11.1 11.3 11.5 11.6 11.8 11.9 11.9 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 13.1 12.9 12.7 12.6 12.5 12.3 12.2 14.0 13.6 13.3 13.1 12.8 12.6 12.3 14.5 14.0 13.7 13.3 13.0 12.7 12.4 14.3 13.9 13.5 13.2 12.9 12.6 12.3 13.5 13.2 13.0 12.8 12.6 12.4 12.3 12.4 12.4 12.3 123.3 12.2 12.1 12.1 11.3 11.5 11.6 11.7 11.8 11.8 12.0 10.3 10.6 10.9 11.2 11.4 11.6 11.9 9.8 10.2 10.6 10.9 11.2 11.5 11.8 12.1

0 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 Fuente: Esudio FAO Riego y Drenaje N 24. Las necesidades de Agua de los cultivos. Roma 1976.

d. Relacin (n/N) entre las horas reales (n) y las horas mximas posibles (N) de insolacin fuerte.- En lo relativo a la insolacin se considera esta relacin (n/N). Para el caso del ejemplo que se esta siguiendo, de la Granja Kayra para el mes de junio se tiene: n/N = 7.84/11.3 = 0.694 e. Clculo de Rs. La radiacin -Rs- llamada radiacin incidente, que llega a la superficie de la tierra es una fraccin de la radiacin extraterrestre -Ra-. La radiacin Rs se mide directamente en centros especializados, pero cuando no se dispone de estos datos en la zona considerada (que es el caso ms frecuente) se calcula mediante la frmula: n Rs = (0.25 + 0.50 --------) Ra (21) N Donde: n/N = Relacin entre las horas reales (n) y las horas mximas posibles (N) de insolacin fuerte. Los valores de N se indican en el cuadro N 9. Los valores de n se obtienen mediante heligrafo situado en la zona que se estudia (para nuestro caso es el dato de la estacin Granja KAyra. Ra = Radiacin extraterrestre que se recibe antes de llegar a atmsfera. En el cuadro N 10 se indican los valores de Ra correspondientes a distintos meses y latitudes. La radiacin se mide en caloras por cm2 y minuto, pero conviene expresarla en equivalente de evaporacin de agua osea en mm/da.

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Siguiendo con el ejemplo para el mes de junio se tiene: El valor de (n/N) que ya calculamos es n/N = 0.694 El valor de Ra se obtiene interpolando en el cuadro N 10: Latitud Sur Junio 12 ------------------------ 11.6 14 ------------------------ 11.2 Para 1334 se interpola y se obtiene: Ra = 11.29 mm/da Reemplazando estos datos en la frmula 21 se obtiene: Rs = (0.25 + 0.50 x 0.694) 11.29 = 6.74 mm/da Rs = 6.74 mm/da x 30 das de junio = 202.2 mm/mes f. Factor de altura FA La relacin para corregir el efecto de altura y neutralizar el efecto convectivo queda definida por: FA = 1 + 0.06 ALT (22)

Donde: ALT = altura en kilmetros Para el caso de nuestro ejemplo tenemos que la altitud de la estacin Granja Kayra es de 3,219 m.s.n.m. por lo tanto: FA = 1 + 0.06 (3.219 km) g. Clculo de la ETo. Los datos obtenidos siguiendo el ejemplo tenemos: Rs = 202.2; F = 51.7; FA = 1.193 Con los datos obtenidos se reemplaza en la frmula (19) ETo = 0.0075 x Rs x F x FA = 0.0075 x 202.2 x 51.7 x 1.193 ETo = 93.53 mm/mes ETo = 3.12 mm/da FA = 1.193

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Cuadro N 10: Radiacin extraterrestre Ra expresada en equivalente de evaporacin de agua en mm/da. Hemisferio NorteEne 3.8 4.3 4.9 5.3 5.9 6.4 6.9 7.4 7.9 8.3 8.8 9.3 9.8 10.2 10.7 11.2 11.6 12.0 12.4 12.8 13.2 13.6 13.9 14.3 14.7 15.0 Feb. 6.1 6.6 7.1 7.6 8.1 8.6 9.0 9.4 9.8 10.2 10.7 11.1 11.5 11.9 12.3 12.7 13.0 13.3 13.6 13.9 14.2 14.5 14.8 15.0 15.3 15.5 Marz 9.4 9.8 10.2 10.6 11.0 11.4 11.8 12.1 12.4 12.8 13.1 13.4 13.7 13.9 14.2 14.4 14.6 14.7 14.9 15.1 15.3 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 Abr. 12.7 13.0 13.3 13.7 14.0 14.3 14.5 14.7 14.8 15.0 15.2 15.3 15.3 15.4 15.5 15.6 15.6 15.6 15.7 15.7 15.7 15.6 15.4 15.5 15.3 15.3 May. 15.8 15.9 16.0 16.1 16.2 16.4 16.4 16.4 16.4 16.5 16.5 16.5 16.4 16.4 16.3 16.3 16.1 16.0 15.8 15.7 15.5 15.3 15.1 14.9 14.6 14.4 Jun. 17.1 17.2 17.2 17.2 17.3 17.3 17.2 17.2 17.1 17.0 17.0 16.8 16.7 16.6 16.4 16.4 16.1 15.9 15.7 15.5 15.3 15.0 14.7 14.4 14.2 13.9 Jul. 16.4 16.5 16.6 16.6 16.7 16.7 16.7 16.7 16.8 16.8 16.8 16.7 16.6 16.5 16.4 16.3 16.1 15.9 15.7 15.5 15.3 15.1 14.9 14.6 14.3 14.1 Ago. 14.1 14.3 14.5 14.7 15.0 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.7 15.7 15.8 15.8 15.9 15.8 15.7 15.7 15.6 15.5 15.4 15.2 15.1 14.9 14.8 Set. 10.9 11.2 11.5 11.9 12.2 12.5 12.8 13.1 13.4 13.6 13.9 14.1 14.3 14.5 14.6 14.8 14.9 15.0 15.1 15.2 15.3 15.3 15.3 15.3 15.3 15.3 Oct. 7.4 7.8 8.3 8.7 9.1 9.6 10.0 10.6 10.8 11.2 11.6 12.0 12.3 12.6 13.0 13.3 13.6 13.9 14.1 14.4 14.7 14.8 15.0 15.1 15.3 15.4 Nov. 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 9.9 10.3 10.7 11.1 11.6 12.0 12.4 12.8 13.3 13.6 13.9 14.2 14.5 14.8 15.1 Dic. 3.2 3.7 4.3 4.7 5.2 5.7 6.1 6.6 7.2 7.8 8.3 8.8 9.3 9.7 10.2 10.7 11.1 11.6 12.0 12.5 12.9 13.3 13.7 14.1 14.4 14.8 Lat. 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Ene 17.5 17.6 17.7 17.8 17.8 17.9 17.9 17.9 17.8 17.8 17.8 17.7 17.6 17.5 17.4 17.3 17.1 16.9 16.7 16.6 16.4 16.1 15.8 15.5 15.3 15.0 Feb. 14.7 14.9 15.1 15.3 15.5 15.7 15.8 16.0 16.1 16.2 16.4 16.4 16.4 16.5 16.5 16.5 16.5 16.4 16.4 16.3 16.3 16.1 16.0 15.8 15.7 15.5 Marz 10.9 11.2 11.5 11.9 12.2 12.5 12.8 13.2 13.5 13.8 14.0 14.3 14.4 14.6 14.8 15.0 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.5 15.6 15.6 15.7 15.7 Abr. 7.0 7.5 7.9 8.4 8.8 9.2 9.6 10.1 10.5 10.9 11.3 11.6 12.0 12.3 12.6 13.0 13.2 13.5 13.7 14.0 14.2 14.4 14.7 14.9 15.1 15.3

Hemisferio SurMay. 4.2 4.7 5.2 5.7 6.1 6.6 7.1 7.5 8.0 8.5 8.9 9.3 9.7 10.2 10.6 11.0 11.4 11.7 12.1 12.5 12.8 13.1 13.4 13.8 14.1 14.4 Jun. 3.1 3.5 4.0 4.4 4.9 5.3 5.8 6.3 6.8 7.3 7.8 8.2 8.7 9.1 9.6 10.0 10.4 10.8 11.2 11.6 12.0 12.4 12.8 13.2 13.5 13.9 Jul. 3.5 4.0 4.4 4.9 5.4 5.9 6.3 6.8 7.2 7.7 8.1 8.6 9.1 9.5 10.0 10.4 10.8 11.2 11.6 12.0 12.4 12.7 13.1 13.4 13.7 14.1 Ago. 5.5 6.0 6.5 6.9 7.4 7.9 8.3 8.8 9.2 9.6 10.1 10.4 10.9 11.2 11.6 12.0 12.3 12.6 12.9 13.2 13.5 13.7 14.0 14.3 14.5 14.8 Set. 8.9 9.3 9.7 10.2 10.6 11.0 11.4 11.7 12.0 12.4 12.7 13.0 13.2 13.4 13.7 13.9 14.1 14.3 14.5 14.7 14.8 14.9 15.0 15.1 15.2 15.3 Oct. 12.9 13.2 13.4 13.7 14.0 14.2 14.4 14.6 14.9 15.1 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.8 15.8 15.8 15.8 15.9 15.8 15.7 15.6 15.5 15.4 Nov. 16.5 16.6 16.7 16.7 16.8 16.9 17.0 17.0 17.1 17.2 17.3 17.2 17.2 17.1 17.0 17.0 16.8 16.7 16.5 16.4 16.2 16.0 15.8 15.5 15.3 15.1 Dic. 18.2 18.2 18.3 18.3 18.3 18.3 18.3 18.2 18.2 18.1 18.1 17.9 17.8 17.7 17.5 17.4 17.1 16.8 16.6 16.5 16.2 16.0 15.7 15.4 15.1 14.8

Fuente: Esudio FAO Riego y Drenaje N 24. Las necesidades de Agua de los cultivos. Roma 1976.

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Ejemplo prctico del Cusco. Se continuar con el ejemplo anterior con los datos de la estacin meterorolgica Granja KAyra del Cusco (cuadro N 8): Se averiguar la ETo media diaria del mes de julio, por el mtodo de Hargreaves, con los siguientes datos: Temperatura media julio Latitud Altitud Heliofona (n) - julio = 9.9C = 49.8 F = 1334 Sur = 3,219 m.s.n.m. = 247.9 hr/mes = 8.0 hr/da

Todos los datos anteriormente sealados se pueden ubicar en el cuadro N 08: Planilla Agroclimatolgica de la Estacin Granja KAyra. Solucin: La frmula de Hargreaves es: ETo = 0.0075 x Rs x F x FA n 1. Clculo de Rs = (0.25 + 0.50 --------- ) Ra N 1.1. Clculo de n: segn el cuadro N 8 se tiene que n = 8.0 hr/da 1.2. Clculo de N: En el cuadro N 9 se interpola y se encuentra el valor correspondiente a la Latitud Sur 1334 en el mes de julio LATITUD SUR 15 1334 10 JULIO 11.3 11.386 (valor interpolado) 11.6 n/N = 0.703

1.3. Clculo de n/N, con los datos anteriores se tiene que:

1.4. Clculo de Ra: Ra se ubica en el cuadro N 10, ubicando el hemisferio sur, mes de julio y latitud 1334', para encontrar el valor de Ra es necesario interpolar: HEMISFERIO SUR LATITUD SUR JULIO 14 11.6 1334 11.69 (valor interpolado) 12 12.0 Reemplazando en la frmula se tiene: Rs = 7.032 mm/da Rs = 217.99 mm/mes

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2. Clculo de F: Segn la planilla meteorolgica se tiene que F = 49.8 3. Clculo de FA: FA = 1 + 0.06 ALT FA = 1 + 0.06 (3.219) FA = 1.193 Reemplazando los datos en la frmula: ETo = 0.0075 x Rs x F x FA = (0.0075) x (217.992) x (49.8) x (1.193)

ETo = 97.13 mm/mes = 3.13 mm/da

2.6. EVAPOTRANSPIRACIN DE UN CULTIVO. 2.6.1. Coeficiente del cultivo. Utilizando los mtodos anteriormente descritos para el clculo de la ETo, la evapotranspiracin de cualquier cultivo se obtiene mediante la frmula siguiente: ET (cultivo) = ETo x Kc Donde: ET(cultivo) = EVT del cultivo, expresado en mm/ da. ETo = EVT del cultivo de referencia, en mm/da. Kc = Coeficiente del cultivo. El valor del coeficiente del cultivo depende de las caractersticas de la planta y expresa la variacin de su capacidad para extraer el agua del suelo durante su perodo vegetativo. Esta variacin es ms evidente en cultivos estacionales, que cubren todo su ciclo en un perodo reducido de tiempo. 2.6.2. Fases del perodo vegetativo. En los cultivos hay que distinguir cuatro fases en su perodo vegetativo: Fase inicial.- Abarca desde la siembra hasta que el cultivo cubre un 10% del suelo. Fase de desarrollo.-Comprende desde el 10% de cobertura vegetal hasta cobertura efectiva 70% - 80% Fase de media estacin.- Desde la cobertura efectiva a inicio de maduracin del cultivo. Fase de ltima estacin.- Desde el inico de maduracin hasta plena madurez o cosecha. En el cuadro N 11 se indica la duracin aproximada de las fases del perodo vegetativo de algunos cultivos. Las cifras de esta tabla se refieren a cultivos sembrados directamente sobre el terreno de asiento; en los cultivos que se transplantan se considera como fase inicial el perodo comprendido desde la siembra hasta el transplante. (23)

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La duracin del perodo vegetativo depende de varios factores, tales como la variedad cultivada, el clima, la estacin, etc. El mismo cultivo se desarrolla ms de prisa cuando se cultiva en un clima clido o durante la estacin calurosa que cuando se cultiva en un clima fro o durante la estacin fra. Los valores que se presentan en el cuadro N 11 corresponden a la duracin mxima y mnima; en la mayora de los casos la duracin ser intermedia entre los valores mximos y mnimos. Estos valores son referenciales y deben ser consultados con la experiencia de los agricultores, siendo los ms valederos los datos recabados in situ. Casos especiales. En algunos cultivos no se aprecia una diferencia clara en las fases de su perodo vegetativo. Se indica el coeficiente de cultivo de los cultivos ms significativos pertenecientes a este grupo. : Durante todo el perodo de crecimiento: 0.9 : Durante todo el perodo de crecimiento: 1.0 : Durante todo el perodo de crecimiento: 1.0 : Cultivo sin hierba : 0.70 : Cultivo con hierba : 0.90 : Durante todo el cultivo : 1.1 : En el primer mes siguiente a la plantacin: 0.7, en los meses siguientes se aumenta progresivamente hasta llegar a 1.1 en el sptimo mes. A partir del octavo mes se mantiene el valor de 1.1 Caa de Azucar: Al principio del cultivo: 0.5 luego va aumentando progresivamen te hasta llegar al valor 1 en la mitad del perodo del cultivo. Despus va disminuyendo progresivamente hasta llegar a 0.6 al final del cultivo. Vid : Al aparecer las hojas: 0.5, va aumentando progresivamente hasta llegar a 1 en la mitad del perodo de cultivo. Despus va disminuyendo progresivamente hasta llegar al valor de 0.3 al final del cultivo. Las cifras dadas se refieren al principio del perodo vegetativo, que van subiendo de valor progresivamente hasta llegar a la mitad del perodo. A partir de entonces bajan progresivamente hasta llegar a las cifras dadas para el final del perodo. Alfalfa Trbol Pastos Ctricos Ctricos Arroz Pltano

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Cuadro N 11: Duracin aproximada de las fases en el perodo vegetativo de algunos cultivos (C. Brouwer y M. Heibloem). Cultivo Total Fase Fase de Fase de Fase de Inicial desarrollo Media ltima estacin estacinAlgodn 180-195 30-30 50-50 55-65 45-50 Avena 120-150 15-15 25-30 50-65 30-40 Berenjena 130-140 30-30 40-40 40-45 20-25 Man 130-140 25-30 35-40 45-45 25-25 Calabaza 95-120 20-25 30-35 30-35 15-25 Cebada 120-150 15-15 25-30 50-65 30-40 Cebolla verde 70-95 25-25 30-40 10-20 5-10 Cebolla seca 150-210 15-20 25-35 10-110 40-45 Col 120-140 20-25 25-30 60-65 15-20 Espinaca 60-100 20-20 20-30 15-40 5-10 Girasol 125-130 20-25 35-35 45-45 25-25 Guisante 90-100 15-20 25-30 35-35 15-15 Vainita 75-90 15-20 25-30 25-30 10-10 Juda seca 95-110 15-20 25-30 35-40 20-20 Lechuga 75-140 20-35 30-50 15-45 10-10 Lenteja 150-170 20-25 30-35 60-70 40-40 Lino 180-195 30-30 50-50 55-65 45-50 Maz dulce 80-110 20-20 25-30 25-50 10-10 Maz grano 125-180 20-30 35-50 40-60 30-40 Meln 120-160 25-30 35-45 40-65 20-20 Mijo 105-140 15-20 25-30 40-55 25-35 Papa 105-145 25-30 30-35 30-50 20-30 Pepino 105-130 20-25 30-35 40-50 15-20 Pequeas semillas 150-165 20-25 30-35 60-65 40-40 Pimiento 120-210 25-30 35-40 40-110 20-30 Rbano 35-40 5-10 10-10 15-15 5-5 Remolacha azucarera 160-230 25-45 35-65 60-80 40-40 Soja 135-150 20-20 30-30 60-70 25-30 Sorgo 120-130 20-20 30-35 40-45 30-30 Tomate 135-180 30-35 40-45 40-70 25-30 Trigo 120-150 15-15 25-30 50-65 30-40 Zanahoria 100-150 20-25 30-35 30-70 20-20 Fuente: Fuentes Yage, J.L. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentacin I.R.Y.D.A. Espaa 1,992 en base a C. Brouwer y M. Heibloem

Los coeficientes de cultivo en cada una de las cuatro fases de varios cutlivos se indican en el cuadro N 12

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Cuadro N 12: Coeficiente de cultivo (kc) de varios cultivos (C. Brouwer y M. Heibloem). Cultivo Fase Fase de Fase de Fase de Inicial desarrollo Media ltima Estacin estacinAlgodn 0.45 0.75 1.15 0.75 Avena 0.35 0.75 1.15 0.45 Berenjena 0.45 0.75 1.15 0.80 Cacahuete 0.45 0.75 1.05 0.70 Calabaza 0.45 0.70 0.90 0.75 Cebada 0.35 0.75 1.15 0.45 Cebolla verde 0.50 0.70 1.00 1.00 Cebolla seca 0.50 0.75 1.05 0.85 Col 0.45 0.75 1.05 0.90 Espinaca 0.45 0.60 1.00 0.90 Girasol 0.35 0.75 1.15 0.55 Guisante 0.45 0.80 1.15 1.05 Juda verde 0.35 0.70 1.10 0.90 Juda seca 0.35 0.70 1.10 0.30 Lechuga 0.45 0.60 1.00 0.90 Lenteja 0.45 0.75 1.10 0.50 Lino 0.45 0.75 1.15 0.75 Maz dulce 0.40 0.80 1.15 1.00 Maz grano 0.40 0.80 1.15 0.70 Meln 0.45 0.75 1.00 0.75 Mijo 0.35 0.70 1.10 0.65 Papa 0.45 0.75 1.15 0.85 Pepino 0.45 0.70 0.90 0.75 Pequeas semillas 0.35 0.75 1.10 0.65 Pimiento fresco 0.35 0.70 1.05 0.90 Rbano 0.45

Láminas de riego (Excelente con tablas de valores)

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