REPUBLICA BOLIVARINA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIAUNIVERSISDAD POLITECNICA TERRITORIAL “LUIS MARIANO RIVERA”CARUPANO ESTADO SUCRE

UNIDAD CURRICULAR: SISTEMAS DE RIEGO Y DRENAJEUNIDAD TEMATICA: RELACION SUELO – AGUA- PLANTA (EVAPOTRANSPIRACION)

Evapotranspiración (ET)El concepto de evapotranspiración se ha venido definiendo como la suma del agua evaporada directamente durante el proceso de riego, del agua evaporada desde el suelo, de la evaporación del agua libre interceptada y retenida en la superficie de la cubierta (roció, nieve o lluvia) y del agua absorbida por el cultivo y transpirada hacia la atmosfera.

Componentes de la evapotranspiración:Evaporación (suelo)Transpiración (planta)Evaporación: Es el agua perdida en forma de vapor por el terreno adyacente a la planta, por la superficie del agua o por la superficie de las hojas de las plantas. Es el proceso físico por el cual el agua pasa de estado liquido a estado gaseoso.Transpiración: Pérdida de agua por las plantas en forma de vapor, esta puede ser estomática o cuticular. Proceso físico biológico mediante el cual gran parte del agua que entra por las raíces pasa a la atmosfera en forma de vapor de agua.

Uso consuntivo Es la cantidad de agua utilizada cada año por el cultivo o la vegetación natural en transpirar y construir sus tejidos conjuntamente con el agua evaporada desde el suelo adyacente o de la precipitación interceptada; (aproximadamente representa el 1% de la evapotranspiración), por lo que los términos evapotranspiración y usoconsuntivo se usan como sinónimos.

UnidadesLa evapotranspiración se expresa normalmente en milímetros (mm) por unidad de tiempo. Esta unidad expresa la cantidad de agua perdida de una superficie cultivada en unidades de altura de agua. La unidad de tiempo puede ser una hora, día, 10 días, mes o incluso un completo período de cultivo o un año.

Conceptos De EvapotranspiraciónEl concepto de evapotranspiración incluye tres diferentes definiciones: evapotranspiración Potencial(ETp),

evapotranspiración Real (ETr), y evapotranspiración del cultivo (ETc). ETo es un parámetro relacionado con el clima que expresa el poder evaporante de la atmósfera. ETc se refiere a la evapotranspiración en condiciones óptimas presentes en parcelas con un excelente manejo y adecuado aporte de agua y que logra la máxima producción de acuerdo a las condiciones climáticas. ETc requiere generalmente una corrección, cuando no existe un manejo óptimo y se presentan limitantes ambientales que afectan el crecimiento del cultivo y que restringen la evapotranspiración, es decir, bajo condiciones no estándar de cultivo.Los únicos factores que afectan ETp son los parámetros climáticos. Por lo tanto, ETp es también un parámetro climático que puede ser calculado a partir de datos meteorológicos. ETp expresa el poder evaporante de la atmósfera en una localidad y época del año específicas, y no considera ni las características del cultivo, ni los factores del suelo. Desde este punto de vista, el método FAO Penman-Monteith se recomienda como el único método de determinación de ETo con parámetros climáticos.

Este método ha sido seleccionado debido a que aproxima de una manera cercana la ETp de cualquier localidad evaluada, tiene bases físicas sólidas e incorpora explícitamente parámetros fisiológicos y aerodinámicos. Además, se han desarrollado procedimientos para la estimación de los parámetros climáticos faltantes.

Evapotranspiración del cultivo (ETc)La evapotranspiración del cultivo bajo condiciones estándar se denomina ETc, y se refiere a la evapotranspiración de cualquier cultivo cuando se encuentra exento de enfermedades, con buena fertilización y que se desarrolla en parcelas amplias, bajo óptimas condiciones de suelo y agua, y que alcanza la máxima producción de acuerdo a las condiciones climáticas reinantes.

Factores que afectan la Evapotranspiración. Hídricos: Disponibilidad y calidad del agua de riego, método de riego, eficiencia de riego, drenaje. Edáficos: Propiedades físicas y químicas del suelo como: textura, estructura, materia orgánica, salinidad, profundidad, fertilidad, estratificación. Vegetales: Variedad, especie, ciclo de cultivo, edad, características morfológicas de los estomas.Climáticos: Temperatura, humedad relativa, precipitación, viento, radiación solar. Las características del clima que afectan la cantidad de agua que necesitan las plantas son en forma más esquemática la radiación, la temperatura, el viento y las precipitaciones

Radiación: A mayor radiación o luminosidad mayor evaporación, por lo tanto los riegos deben ser más frecuentes.

Viento. A mayor velocidad del viento, el suelo se seca más rápido y las plantas transpiran más, requiriendo riegos más frecuentes.

Temperatura. En los días calurosos, las plantas transpiran más y los riegos deben ser más frecuentes.

Humedad del aire. Mientras más seco es el aire, las plantas pierden más agua y los riegos deben ser más frecuentes.

Precipitaciones. Influyen directamente en la cantidad de agua que necesitan las plantas. Para los efectos de riego, un criterio práctico menciona que son útiles sólo las lluvias sobre 15 mm. Es decir, si cae una lluvia de 20 mm, se considera como riego sólo 5 mm.

En resumen, los días con temperaturas altas, vientos fuertes y aire seco, provocan mayores pérdidas de agua desde el suelo y mayor consumo por las plantas, por lo que los riegos deben ser más frecuentes. Al contrario, los riegos deben ser más distanciados si los días son más frescos, con vientos suaves, temperaturas más bajas y aire húmedo. Por otra parte, existen numerosos factores propios de cada cultivo que influyen en la cantidad de agua que necesitan para un óptimo desarrollo, siendo los más importantes el sistema radicular y el follaje

Sistema Radicular. La raíz de la planta además de servir como anclaje al suelo, absorbe el agua y los nutrientes que necesita la planta para su desarrollo. El tamaño de la raíz depende del cultivo y de su estado de desarrollo

El Follaje. Sobre el 90% del agua que absorbe la planta vuelve a la atmósfera por la transpiración y respiración de las hojas. A mayor desarrollo del cultivo las plantas necesitan mayor cantidad de agua.

Factores fitotécnicos: laboreo del suelo, rotación de cultivos, orientación de las líneas de siembra, densidad poblacional, tipo e intensidad de la poda, etc

Factores geográficos: extensión del área, variación de las características climáticas en el borde del área considerada, etc.

Agua disponible en la interface con la atmósfera: cuyo origen es la lluvia, el riego y/o el aporte hídrico de la capa freática.

Métodos para estimar la evapotranspiración. * Métodos directos (utilizando instrumentos) * Métodos indirectos (utilizando fórmulas empíricas)

Métodos directos.

A.- Gravimétrico B.- Lisimétrico C.- Evapotranspirómetro de Thornthwaite

A.- Método gravimétrico.

Se calcula con la siguiente fórmula: Li = Psi * Dai * Pr

Donde:

L = lámina consumida durante el lapso considerado (m) Pr = espesor de la copa de muestreo (cm) Ps = variación del porcentaje de humedad respecto al peso del suelo seco, antes y después del riego (%) Da = densidad aparente del suelo (adimensional)

i = 1, 2, 3, .....Nº de orden del estrato de muestreo

La Et total se calcula con la ecuación: Et = Liin=Σ1

donde:

n = Nº de capas en las que se dividió la Pr.

B.- Método Lisimétrico.

Consiste en estimar la Etp por procedimientos de medición de pérdidas de agua, en recipientes que se llenan del suelo y se siembran con el cultivo en cuestión.

Clasificación de los lisímetros:

Según finalidad: agronómicos, hidrológicos e hidrogeológicos. Según estado de suelo: alterada o inalterada (monolíticos). Según sistema de medición: de drenaje, de pesada

(mecánicos, hidráulicos ó electrónicos). Según colocación: superficiales (agrícolas e hidrológicos) y

subterráneos (hidrogeológicos). Según su localización: de campo o de invernadero.

Evapotranspirómetro de Thornthwaite. Con este aparato se determina en forma directa la evapotranspiración potencial de los cultivos. El evapotranspirómetro consiste en un tanque de aproximadamente 0.90 m de profundidad, por 3.0 m de largo y 1.30 m de ancho, conectado a otro tanque regulador que permite mantener en el primero, un nivel de humedad constante; éste último a su vez es alimentado por un tercer tanque en el que se mide el consumo de agua. El tanque grande se llama evapotranspirador y es donde se coloca la tierra donde es sembrado el pasto como cubierta vegetal. Enseguida se presenta la figura:

Métodos indirectos. Algunos investigadores han tratado de relacionar los datos climatológicos con el valor de la evapotranspiración logrando fórmulas que han permitido estimarla con diferentes aproximaciones; algunas son válidas para el lugar donde fueron estimadas pero otras son más o menos precisas aunque requieren de ajustes (Aguilera y Martínez, 1986). Algunos de estos métodos son: 1. - Métodos basados en dispositivos evaporimétricos. 2. - Métodos basados en datos climáticos:

Métodos de radiación. Métodos basados en la temperatura Métodos por humedad relativa

1. Métodos basados en dispositivos evaporimétricos. Debido a que en la práctica es complicado medir la evapotranspiración del cultivo, algunas veces se usa una forma indirecta de medirla que es la bandeja de evaporación, que relaciona la cantidad de agua que necesita el cultivo con la que se evapora de dicha bandeja. Según Fuentes et al, la evaporación directa de una superficie de agua es un proceso que responde a las mismas variables que la Eto (radiación solar, temperatura, velocidad del viento y humedad relativa) por lo que una estimación a partir de tal fenómeno, a falta de mayor información, se considera más adecuada. Dado que la medición de la evaporación directa es sencilla y el instrumento requerido es muy simple, la mayor parte de las estaciones climatológicas del país tienen tanques evaporímetros para tal fin. La Eto se estima de la manera siguiente:

Eto = Kt * Evdonde: Eto = evapotranspiración de referencia (mm/día). Kt = coeficiente de tanque. Ev = evaporación observada en el tanque (mm/día) La evaporación (Ev) se lee directamente del tanque; el coeficiente Kt se obtiene de la siguiente tabla:

Métodos basados en datos climáticos

Existen autores y datos climáticos que utilizaron predominantemente para estimar la evapotranspiración, aunque algunos de ellos utilizan varios datos climáticos. Se ha estimado que uno de los métodos más confiables es el de Penman, sin embargo tiene dificultades por el tipo de datos que requiere, además que tiene un cierto grado de complejidad para su instrumentación. En seguida se presenta una tabla de autores y sus principales datos utilizados.

Dato climático Autores

A. Radiación 1.- Penman 2.- Makkink 2.- Jensen Haise

B. Temperatura 1.- Blaney y Criddle 2.- Thornthwaite 3.- Turc 4.- Hargreaves-Samani

C. Humedad relativa 1.- Hargreaves

Medición de la evapotranspiración Desde el punto de vista práctico, dado que la evapotranspiración depende, entre otros, de dos factores muy variables y difíciles de medir, tales como el contenido de humedad del suelo y el desarrollo vegetativo de la planta, Thornthwaite introdujo un nuevo concepto, optimizando ambos factores la evapotranspiración potencial Eto.

Métodos indirectos o empíricos (Evapotranspiración potencial) La mayor parte de estos métodos son demasiado teóricos ya que han sido deducidos bajo condiciones definidas entre regiones y su aplicación precisa de una serie de datos que generalmente no se tienen a la disposición. Por ejemplo el método de Thornthwaite calcula la evapotranspiración potencial mediante los datos existentes de las temperaturas medias mensuales, el de Turc utiliza la precipitación y temperatura medias de una cuenca, y los de Blaney y Criddle y Grassi y Christensen hacen uso de la radiación solar.

Método de Thornthwaite La fórmula se basa en la temperatura y en la latitud, útil para estimar la evapotranspiración potencial y tiene la ventaja de que la fórmula usa datos climatológicos accesibles (temperatura medias mensuales). El método da ofrece buenos resultados en zonas húmedas con

vegetación abundante. Thornthwaite, empíricamente halló las siguientes expresiones:

donde:

ETo, evapotranspiración potencial mensual, en mm/mes i, índice térmico mensual I, índice térmico anual t, temperatura media mensual del mes, en °C a, constantes a determinar, que dependen de cada lugarN, número máximo de horas sol para el mes considerado, según la latitud d, el número de días del mes. Se obtienen resultados aceptables en zonas húmedas con vegetación abundante, pero los errores aumentan en zonas áridas o semiáridas.

Ejemplo 4.1. Con los datos de temperaturas medias mensuales de la estación meteorológica, LHUMSS, 2000 (Tabla 4.2), determinar la ETo por el método de Thornthwaite.

Tabla 4.2. Temperaturas medias mensuales

Nombre estación: LHUMSS Municipio: CERCADO Departamento: Latitud (Sur): 17º 26' 53" Longitud (Oeste): 66º 8' 35" Altitud (msnm): 2570

Mes JUL AGOST

SEPT

OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN

Datos 13.6 16.5 17.9 19.2 20.0 18.6 17.7 17.7 17.8 18.5 16.7 13.8

Solucion:Reemplazando valores en las formulas propuestas por Thornthwaite, se tiene que ETo(anual)=65.2 mm.

α = 675*10-9 *I 3-771*10-7 *I2 + 1792*10-5 * I*+ 0.4924=1762

JUL

AGOST

SEPT

OCT

NOV

DIC

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

Ecuaciones TotaL

Tmensual 13.6

16.5 17.9

19.2

20.0 18.6

17.7

17.7

17.8 18.5

16.7 13.8

t med anual (ºC) = 17.33

i=⟦T5 ⟧1.5146.9

2 7.66 8.1

37.30

6.81 6.76

6.85

7.23

6.22 4.64

4.55 6.08

79.14

ETo sin corregir

67.7

76.1 81.7

72.1

66.4 65.9

66.9

71.3

59.7 42.5

41.5 58.2

Nº de horas luz

12.55

12.00 11.55

11.16

11.05

11.30

11.75

12.25

12.70

13.05

13.15

12.95

DE LA TABLA A-1

Nº de dias mes

30 31 30 31 31 28 31 30 31 30 31 31

ETo(mm/mes)

70.8

78.7 78.7

69.2

63.2 57.9

67.7

72.7

65.3 46.2

47.0 64.9

65.2

4.5.4.2.2.- Método de Blaney-Criddle El método considera que la ET es proporcional al producto de la temperatura por el porcentaje de horas de sol diarias anuales durante el período considerado, generalmente un mes. Con objeto de definir mejor los efectos del clima sobre las necesidades de agua del cultivo, el método de Blaney-Criddle fue modificado por Doorenbos y Pruitt (1974) para obtener la evapotranspiración de referencia (ETgr). Al considerarse los niveles generales de humedad, viento e insolación, la

ETgr calculada recoge mejor los efectos del clima sobre la evapotranspiración. De acuerdo a FAO (1986) la ecuación del método Blaney-Criddle es la siguiente:

ETo=p (0.46* T +8.13) Eto

Donde: Eto, evapotranspiración de referencia (mm/dia) T, Temperatura media diaria p, Porcentaje medio diario de las horas luz anuales Aplicación: Se recomienda utilizar en zonas en las cuales se cuentan con datos de temperatura Esta fórmula debe ser empleada especialmente en zonas áridas a semiáridas.

Ventajas: Fácil aplicabilidad Desventajas: No emplear en regiones ecuatoriales, o en zonas de gran altitud en las que la temperatura mínima es muy baja y son muy fuertes la radiación los niveles de radiación diurna.

Método de Hargreaves De acuerdo al método de Hargreaves, la temperatura y la radiación pueden ser utilizadas juntas para predecir efectivamente la variación de la ETo. Hargreaves y Ryley (1985), publicaron una ecuación para la ETo, desarrollada en base a mediciones de varios lisímetros, y en comparaciones con otros métodos se calibró en base a 8 años de valores de ET medidos para el pasto Alta Festuca y a datos climáticos correspondientes a Davis (California, EEUU). De acuerdo a Hargreaves y Samani (1991), la ecuación de Hargreaves se expresa de la siguiente manera:

ETo= 0.0023RA (TºC+17.8)Eto TD0.5

Donde: Eto, Evapotranspiración de referencia (mm/día). RA, Radiación extraterrestre expresada en mm/día de evaporación TºC, Temperatura media (Tmax+Tmin)/2 (ºC). TD, Amplitud térmica Tmax-Tmin (ºC) Aplicabilidad: Hargreaves (1982), reconoce que este modelo requiere calibración local, principalmente en zonas de altas temperaturas en verano (Citado por De Santa Ollala y Valero, 1993). 0.5 0.0023(º17.8)Eto RATC TD Desventajas: Puede existir una sobrestimación de la ETo, si las condiciones de clima o sus factores no son muy uniformes. Requiere de una calibración en climas cálidos, o donde las temperaturas son muy elevadas

Método de Penman - Monteith El panel de expertos, organizado por la FAO (1990), recomendó la adopción de la ecuación Penman Monteith como un nuevo estándar de la Evapotranspiración de referencia y sugiere procedimientos para el cálculo de los diferentes parámetros de la ecuación. Se define el cultivo de referencia como un cultivo hipotético con una altura de 0.12 m, una resistencia de la superficie de 70 s/m y un albedo de

0,23, que cercanamente reproduce la evapotranspiración de una superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, que crece activamente sin restricciones de suelo y agua.

Donde: ETo, Evapotranspiración de referencia (mm/dia) Rn, Radiación neta en la superficie del cultivo (MJ/m2d) G, Flujo de calor del suelo (MJ/m2d) T, Temperatura media del aire (ºC) U2, Velocidad del viento a 2 m de altura (m/s) (es-es), Déficit de presión de vapor (Kpa) ,Δ Pendiente de la curva de presión de vapor (KPa/ºC) γ: Constante psicométrica (KPa/ºC)

Aplicabilidad La consulta de expertos organizada por la FAO, recomienda el Método Penman- Monteith como método estándar para ser usada para el cálculo de la Evapotranspiración de referencia en todo el mundo. Ventajas El procedimiento de cálculo prevé procedimientos para datos completos y para datos faltantes. El método puede ser usado incluso cuando se cuenta solo con datos de temperatura máxima y mínima.