Desarrollo y puesta en marcha de un equipo para la medida de la evapotranspiración real basado en la razón de bowen

DESARROLLO Y PUESTA EN MARCHA DE UN EQUIPO PARA LA MEDIDA DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL BASADO EN LA RAZÓN DE BOWEN - Escarabajal, D. 1, Molina, JM. 2, Fernández-Pacheco, D.G. 3, Ruiz, A.4 - 1 Investigador, Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), Pº. Alfonso XIII, 48 30203 Cartagena, Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. - 2 Investigador, Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), Pº. Alfonso XIII, 48 30203 Cartagena, Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. - 3 Investigador, Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), c/ Doctor Fleming, s/n 30202 Cartagena, Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. - 4 Investigador, Universidad Miguel Hernández (UMH), Ctra. Beniel, km 3,2 03312 Orihuela (Alicante), Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.

Equipo medida evapotranspiracionResumen

El conocimiento de la evapotranspiración (ET de aquí en adelante) real de los cultivos permite una correcta gestión de los recursos hídricos disponibles para el riego, por tanto su estimación tiene un gran interés y es uno de los parámetros más utilizados en estudios relacionados con la producción agrícola, manejo de recursos hídricos y, en general, estudios medioambientales.

Actualmente, su determinación se lleva a cabo mediante el método propuesto por Doorenbos y Pruitt (1975), basado en la definición de una superficie vegetada de referencia cuya ET depende únicamente de variables climáticas. El método engloba a todos los factores relacionados con el cultivo y su manejo en un único coeficiente de cultivo, KC, definido como el cociente entre la ET real del cultivo y la ET de esa superficie vegetada de referencia.

No obstante, aunque el uso de coeficientes de cultivo aporta información útil acerca de las necesidades óptimas de éstos, la utilización de este tipo de modelos suele estar condicionada por la disponibilidad de los coeficientes para diferentes regiones climáticas, lo que ha llevado al desarrollo y puesta en marcha de equipos que permitan encontrar el valor adecuado de KC mediante la determinación de la ET real del cultivo. En este sentido, los equipos basados en el método de la Razón de Bowen- Balance de Energía (RBBE), han sido utilizados en diferentes condiciones ambientales debido a su diseño simple y económico, presentándose como un método robusto y de aceptable precisión.

El objetivo de esta comunicación es describir el equipo desarrollado para determinar la evapotranspiración in situ de los principales cultivos hortícolas del campo de Cartagena (Murcia) a partir del método de la Razón de Bowen-Balance de Energía (RBBE) así como estimar los coeficientes de cultivo adaptados a las condiciones locales y a las técnicas de cultivo propias de esta zona.

Abstract

Knowledge of the actual crop evapotranspiration (ET hereafter) allows proper management of available water resources for irrigation, so its estimation is of great interest and is one of the parameters most used in studies related to agricultural production, water resource management, and in general, environmental studies.

Currently, ET determination is carried out by the method proposed by Doorenbos and Pruitt (1975), based on the definition of a vegetated surface of reference, whose ET depends only on climatic variables. The method includes all factors related to culture and its management in a single crop coefficient, KC, which is defined as the ratio between actual crop ET and ET of the vegetated surface of reference.

However, although the use of crop coefficients provides useful information about the optimal crop needs, the utilization of such models is usually conditioned by the availability of the coefficients for different climatic regions, which has led to the development and implementation of equipment suitable of estimating the adequate value of KC throught the determination of actual crop ET. In this sense, the devices based on the Bowen Ratio-Energy Balance (BREB) method have been used in different environmental conditions because of its simple and economic design, reaching to be considered as a robust and acceptable precision method.

The aim of this paper is to describe the equipment developed for determining evapotranspiration in situ of the main horticultural crops in the field of Cartagena (Murcia) by using the Bowen Ratio-Energy Balance (BREB) method and estimating the crop coefficients, adapted to local conditions and cultural techniques that are specific of this area.

1.- Introducción y Objetivos

La ET, término que engloba la evaporación del agua almacenada en la capa superficial del suelo, la interceptada por las plantas y la pérdida de agua a través de la superficie de las plantas, principalmente de las hojas (Jensen et al., 1990), es una medida de la pérdida de agua en una zona determinada, dando lugar a un intercambio de energía entre el suelo y la atmósfera. Su estimación es de gran interés pues se considera un descriptor muy importante de la climatología de un lugar, además de una de las fases principales del ciclo hidrológico. La importancia de su conocimiento radica en la cantidad de aplicaciones que de él se pueden derivar: desde el punto de vista agronómico, por ejemplo, es la base para elaborar calendarios teóricos de riego de cultivos.

La necesidad de conocer la ET en aplicaciones agronómicas, y la disponibilidad única en la mayoría de las ocasiones de datos meteorológicos estándar e información global de suelos y cultivos, ha obligado a desarrollar métodos que permitan su estimación bajo las condiciones climáticas particulares de cada zona. En la actualidad existe una gran cantidad de métodos indirectos que permiten estimar la ET a partir de variables meteorológicas. Dichos métodos proporcionan una estimación de los requerimientos de agua a través de todo el ciclo vegetativo mediante la utilización de fórmulas empíricas, las cuales requieren de información climatológica fácil de conseguir y, por lo tanto, tienen gran utilidad en la planificación agrícola.

Una clasificación de estos métodos realizada por Aguilera y Martínez (1996) distingue entre métodos climáticos, que estiman la ET en periodos mínimos de una semana (Penman modificado, evaporación del tanque tipo “A”, Turc, Jensen–Haise, Stephens, Blaney-Criddle, Thornthwaite, Doorenbos–Pruitt, Ivánov y Papadakis), y métodos micrometerológicos, surgidos a raíz de los requerimientos de la programación del riego en tiempo real, y que precisan de estimaciones de valores de ET en intervalos de tiempo pequeños (menores de 30 min). Dentro de estos métodos se encuentran los basados en el Balance de Energía, como el método de la Razón de Bowen, o en el transporte de masa como es el caso del método de Thornthwaite- Holzman.

La determinación de la ET por el método de la Razón de Bowen-Balance de Energía (RBBE) consiste en estimar la cantidad de calor latente necesario para la evaporación del agua evapotranspirada por medio de un balance de energía. Se trata de un diseño simple, económico, con base en gradientes de temperatura y vapor de agua entre dos alturas, con bajos requerimientos de ‘fetch’ (Heilman et al., 1989; Stannard, 1997). Se considera un sistema robusto que ha sido validado sobre diferentes coberturas vegetales con resultados de aceptable precisión (Heilman et al., 1989; Prueger et al., 1997; Todd et al., 2000). También ha sido utilizado en diferentes condiciones ambientales y se ha presentado como un método preciso en ambientes semiáridos (Dugas et al., 1991; Frangi et al., 1996).

El método de la Razón de Bowen presenta, entre otras, las ventajas de no requerir información acerca de las características aerodinámicas de la superficie ni de la velocidad del viento (Heilman et al., 1989) y de poder obtener valores medios horarios, o semihorarios, de los flujos de una forma continua. Por el contrario, el método se muestra inestable e impreciso cuando los flujos de calor sensible y latente se hacen aproximadamente iguales y de signo contrario, normalmente al alba y en el ocaso del sol.

El objetivo de esta comunicación es describir el equipo desarrollado para determinar la evapotranspiración in situ de cultivos hortícolas, a partir del método de la Razón de Bowen-Balance de Energía (RBBE), así como estimar los coeficientes de cultivo KC, adaptados a las condiciones locales y a las técnicas de cultivo mediante la comparación de la ET real del cultivo estimada y la ET del cultivo de referencia que establece la ecuación Penman-Monteith versión FAO-56 (Allen et al., 1998).

2.- Materiales y Métodos

El trabajo se desarrolló durante un periodo de 116 días, desde octubre de 2010 hasta febrero de 2011, sobre un cultivo de lechuga (Lactuca sativa L., var. longifolia) con producción comercial ubicado en Fuente Álamo (latitud 37º42’35’’N, longitud 1º10’20’’W y altitud 125 m), provincia de Murcia, España. La parcela tiene una superficie aproximada de 6,5 ha, con plantas colocadas sobre surcos de 50 cm de ancho y orientados en la dirección norte-sur, dispuestas al tresbolillo con una densidad de plantación de 5 plantas/m2. La parcela está equipada con un sistema de riego localizado mediante mangueras de polietileno de 16 mm con goteros interlínea de 4 l.h- 1 espaciados 0,60 m. El equipo desarrollado para el registro y procesamiento automático de las variables climáticas y meteorológicas implicadas en el método de la Razón de Bowen-Balance de Energía (RBBE) se ha instalado en el centro de la parcela, cumpliendo con los requerimientos de fetch en la dirección de los vientos predomienantes. En la Figura 1 se muestra la localización de la parcela experimental y la del equipo RBBE. ... (en el original sigue las descripción de materiales metodos y fórmulas).

3.- Resultados y Discusión

Durante los días en los que se desarrolló el ensayo (entre el 23/10/10 y el 15/02/11) las condiciones climatológicas fueron muy variadas, presentándose periodos en los que la temperatura media alcanzó hasta los 18ºC al inicio del periodo, valor que fue disminuyendo progresivamente como consecuencia de la proximidad del invierno, llegando a presentarse días en los que la temperatura media no superaba los 10ºC. El rango de temperaturas osciló entre 3.66ºC (día 16/12/10) y 18.73ºC (25/10/10).

Aun así, las condiciones climáticas no difirieron de las propias del clima mediterráneo, caracterizado por veranos secos y calurosos e inviernos templados, con pluviosidad bastante escasa y concentrada en las estaciones intermedias (primavera y otoño). Los valores de radiación neta no superaron ninguno de los días los 6 MJ.m-2, presentándose durante el periodo de ensayo un 25% de los días con gran nubosidad, en los que los valores no superaron los 2 MJ.m-2. Muchos de estos días estaban además acompañados de episodios de precipitaciones, llegándose a registrar hasta 19.2 mm.día-1 (día 27/11/10). No obstante estos días han sido descartados del análisis para evitar valores de evapotranspiración influenciados por la humedad de la vegetación. En la Tabla... (en el original siguen tablas y datos de resultados)

4.- Conclusiones

El desarrollo y puesta en marcha de nuevos equipos, permite disponer de información en tiempo real para la toma de decisiones en la planificación y operación de actividades agropecuarias, lo que justifica los esfuerzos realizados en los avances tecnológicos en la construcción de estaciones automatizadas para el registro, almacenamiento y procesamiento de datos, así como para la programación del riego en tiempo real.

El método de la Razón de Bowen-Balance de Energía (RBBE) se afianza como un método robusto para la determinación de la evapotranspiración, habiendo sido evaluado y utilizado como referencia frente a otros métodos de medida, como la lisimetría y covarianza de torbellinos, entre otros, llegando a convertirse en una técnica estándar para la medida de flujos sobre una superficie. El empleo del equipo desarrollado para la estimación de la ET real del cultivo de lechuga durante el periodo considerado ha permitido contrastar los valores del coeficiente de cultivo KC estimados con los coeficientes estándares (FAO).

5.- Agradecimientos

Los autores quieren agradecer a la Fundación Séneca de la Región de Murcia (ref. 8729/PI/08 y 08754/PI/08) su apoyo para la realización de estos trabajos.

6.- Referencias

Aguilera, C.M., Martínez, R., 1996. Relaciones agua-suelo-planta-atmósfera. Universidad autónoma de Chapingo. México. 256 pp.

Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D. Smith, M., 1998. Crop Evapotranspiration: Guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper nº 56. Roma

Bowen, J.S., 1926. The ratio of heat losses by conduction and by evaporation from any water surface. Phys. Rev., 27: 779-787.

Doorenbos, J., Pruitt, W.O., 1975. Crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper nº 24. Roma

Dyer, A.J., 1974. A Review of flux profile relationships. Boundary-Layer Meteorolol., 7: 363-372.

Dugas, W.A., Fritschen, L.J., Gay, L.W., Held, A.A., Matthias, A.D., Reicosky, D.C., Steduto, P., Steiner, J.L., 1991. Bowen ratio, eddy correlation and portable chamber measurements of sensible and latent heat flux over irrigated spring wheat. Agric. For. Meteorol., 56: 1-20.

Frangi, J.P., Garrigues, C., Haberstock, H., Forest, F., 1996. Evapotranspiration and stress indicator through Bowen ratio method. In: Camp, C.R., Sadler, E.J., Yoder, R.E. (Eds.), Evapotranspiration and Irrigation Scheduling. Proceedings of the International Conference, November 3-6, San Antonio, TX, pp. 800-805.

Heilman, J. L., Brittin, C.L., Neale, M.U., 1989. Fetch requirements for Bowen ratio measurements of latent and sensible heat fluxes. Agric. For. Meteorol., 44: 261- 273.

Jensen, M.E., Burman, R.D., Allen, R.G. (ed), 1990. Evapotranspiration and water irrigation requirements. Committee on irrigation Water Requirements, Irrigation and Drainage Division of ASCE, Manual nº 70. ASCE, N.Y.

Payero, J.O., Neale, M.U., Wright, J.L., 2005. Estimating soil heat flux for alfalfa and clipped tall fescue grass. Appl. Eng. Agric., 21: 401-409.

Pérez, P.J., Castellví, F., Ibáñez, M., Rossell, J.l., 1999. Assessment of reliability of Bowen ratio method for partitioning fluxes. Agric. For. Meteorol., 97: 141-150.

Pielke, R.A., 1984. Mesoscale Meteorological Modeling. Orlando, Academic Press, 611 pp.

Prueger, J. H., Hatfield, J.L., Aase, J.K., Pikul Jr., J.L., 1997. Bowen-ratio comparisons with lysimeter evapotranspiration. Agron. J. 89: 730-736.

Stannard, D. I., 1997. A theoretically based determination of Bowen-ratio fetch requirements. Boundary-Layer Meteorol. 83: 375-406.

Todd, R. W., Evett, S.R., Howell, T.A., 2000. The Bowen ratio-energy balance method for estimating latent heat flux of irrigated alfalfa evaluated in a semi-arid, advective environment. Agric. For. Meteorol. 103: 335-348.

 

Fuente: XXIX Congreso Nacional de Riegos - Córdoba - España - 7 - 8 de junio de 2011
DESARROLLO Y PUESTA EN MARCHA DE UN EQUIPO PARA LA MEDIDA DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL BASADO EN LA RAZÓN DE BOWEN - Escarabajal, D. 1, Molina, JM. 2, Fernández-Pacheco, D.G. 3, Ruiz, A.4 - 1 Investigador, Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), Pº. Alfonso XIII, 48 30203 Cartagena, Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. - 2 Investigador, Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), Pº. Alfonso XIII, 48 30203 Cartagena, Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. - 3 Investigador, Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), c/ Doctor Fleming, s/n 30202 Cartagena, Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. - 4 Investigador, Universidad Miguel Hernández (UMH), Ctra. Beniel, km 3,2 03312 Orihuela (Alicante), Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla. 

 

La medida de la evapotranspiración real basado en la razón de Bowen