Respuesta del rendimiento al agua:

funcin original de produccin del

agua de la FAO

6 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA

2. Respuesta del

rendimiento al agua: funcin

original de produccin del

agua de la FAO

DESCRIPCIN GENERAL

finales de los setenta, la FAO abord la relacin entre el rendimiento del cultivo

y el uso del agua y propuso una ecuacin sencilla que relacionaba la

disminucin relativa del rendimiento con la disminucin relativa

correspondiente en la evapotranspiracin (ET). Concretamente, la respuesta del

rendimiento a la ET se expresa como:

donde Yx y Ya son los rendimientos mximo y real, ETx y ETa son la evapotranspiracin

mxima y real, y Ky es el factor de respuesta del rendimiento que representa el efecto

de una disminucin de la evapotranspiracin sobre las prdidas de rendimiento. La

ecuacin 1 es una funcin de productividad del agua y puede ser aplicada a todos los

cultivos agrcolas; es decir, herbceos, arbreos y vides.

El factor de respuesta del rendimiento (Ky) capta la esencia de las complejas relaciones

que existen entre la produccin y el uso del agua en un cultivo, donde ocurren

procesos biolgicos, fsicos y qumicos. La relacin ha demostrado una notable validez

y ha brindado un procedimiento utilizable para cuantificar los efectos de los dficits de

agua sobre el rendimiento.

Este enfoque y los procedimientos de clculo para estimar la respuesta del rendimiento

al agua se publicaron en el Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 33 (Doorenbos y Kassam,

1979), considerado como una de las publicaciones hito de la FAO, y usado

ampliamente en todo el mundo para mltiples aplicaciones.

En este captulo, se exponen brevemente los procedimientos empleados para

cuantificar la respuesta del rendimiento a los dficits de agua, usando la ecuacin 1.

Con el fin de que est bien familiarizado con los procedimientos originales, el uso del

factor Ky y sus aplicaciones, se remite al lector a la publicacin original.

A

AUTORES PRINCIPALES

Martin Smith

(anteriormente FAO, Divisin de

Tierras y Aguas, Roma, Italia;

jubilado actualmente)

Pasquale Steduto

(FAO, Divisin de Tierras y

Aguas, Roma, Italia)

7 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA

EL FACTOR DE RESPUESTA DEL RENDIMIENTO (Ky)

Los valores de Ky son especficos para cada cultivo y varan durante el perodo de crecimiento,

segn las etapas de crecimiento, as:

Ky >1: la respuesta del cultivo es altamente sensible al dficit hdrico, con una disminucin del

rendimiento proporcionalmente mayor que la disminucin del uso del agua debido al estrs.

Ky

8 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA

FIGURA 1

Funciones lineales de productividad del agua para el maz, sujetas a dficits hdricos

durante los perodos vegetativo, de floracin, de formacin del rendimiento y de

maduracin. A mayor pendiente (es decir, mayor valor de Ky), mayor ser la

disminucin del rendimiento para una disminucin dada de ET por dficits hdricos en

el perodo especfico.

PROCEDIMIENTOS DE CLCULO

El procedimiento de clculo de la ecuacin 1 para determinar el rendimiento real Ya consta de

cuatro pasos:

i. Estimar el mximo rendimiento (Yx) de una variedad adaptada de cultivo, segn su

comportamiento gentico y el clima, suponiendo que los factores agronmicos (p. ej., agua,

fertilizantes, plagas y enfermedades) no son limitantes.

ii. Calcular la evapotranspiracin mxima (ETx) segn metodologas establecidas y teniendo en

cuenta que se han suministrado todos los requerimientos de agua del cultivo.

iii. Determinar la evapotranspiracin real (ETa) del cultivo en el caso especfico, de acuerdo con el

suministro de agua disponible para el cultivo.

iv. Evaluar el rendimiento real (Ya) mediante la seleccin apropiada del factor de respuesta (Ky)

para todo el perodo de crecimiento o en cada una de las distintas etapas de crecimiento.

Rendimiento de grano

Periodo de crecimiento individual

9 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA

RENDIMIENTO MXIMO (YX)

El Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 33 recomend procedimientos para estimar el mximo

rendimiento a partir de datos locales disponibles de rendimientos mximos de cultivos o basados

en el clculo de la biomasa mxima y el ndice de cosecha correspondiente, mediante dos

procedimientos diferentes:

I. Procedimiento de Wageningen (De Wit, 1968; Slabbers, 1978)

II. Enfoque de zona ecolgica (Kassam, 1977)

Estos procedimientos de estimacin del rendimiento fueron desarrollados a finales de los sesenta y

en los setenta. Sin embargo, los avances importantes en agronoma y fisiologa del cultivo permiten

el uso de mtodos ms precisos para estimar los rendimientos mximos.

EVAPOTRANSPIRACIN MXIMA DEL CULTIVO (ETX)

Los procedimientos para determinar la ETx se basaron en las guas de la FAO para los

requerimientos de agua en los cultivos (ETc) , y el componente ETx de la ecuacin 1, equivalente a

ETc, determinada como el producto de la evapotranspiracin del cultivo de referencia (ETo) por el

coeficiente de cultivo (Kc), es decir:

Los procedimientos originales para determinar la ETo se describen en el Estudio FAO: Riego y

Drenaje N. 24 (Doorenbos y Pruitt, 1977), el cual presenta diferentes ecuaciones para calcularlo, de

acuerdo con los datos climticos disponibles. Se proporcionaron los valores del Kc para un gran

nmero de cultivos y procedimientos para determinar la ETc durante el perodo de crecimiento. Posteriormente, en el Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 56 (Allen et al., 1998), se introdujeron

procedimientos modificados para calcular la ETo segn la ecuacin Penman-Monteith de la FAO,

que se ha convertido en el estndar para estimar la evapotranspiracin del cultivo de referencia.

EVAPOTRANSPIRACIN REAL DEL CULTIVO (ETa)

Es muy difcil estimar con precisin la evapotranspiracin real del cultivo. El Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 33 proporcion tablas que podran usarse para estimar la ETa, a partir de datos de tasas

de evapotranspiracin, agua disponible en el suelo e intervalos de humedad. Sin embargo, las

tablas eran engorrosas y ms adelante fueron sustituidas por clculos ms precisos de la ETa,

basados en los clculos diarios de balance de agua y mtodos digitales de computacin.

Los clculos de balance de agua permiten determinar diariamente el nivel de agua disponible en el

suelo en la zona radicular. Siempre que haya agua fcilmente extrable del suelo para el cultivo, la

ETa = ETx. Cuando se alcance el nivel de humedad crtico del suelo, definido como una fraccin del

contenido total de humedad del suelo (p), la transpiracin disminuye por el cierre de los estomas, y

por lo tanto, la ETa < ETx, hasta que el nivel de humedad del suelo en la zona radicular alcance el

punto de marchitez permanente, cuando se asume ETa como cero. Este contenido crtico de

humedad del suelo se estima a partir de las caractersticas del suelo , del cultivo y del enraizamiento

y de la tasa de ETo. El agotamiento del contenido de humedad del suelo entre p y el punto de

marchitez permanente dar como resultado una disminucin proporcional de la ETa.

10 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA

El Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 56 proporciona procedimientos detallados para evaluar el impacto del estrs en la reduccin de la evapotranspiracin, con base en los clculos del balance de

agua, con parmetros sobre los valores de contenido crtico de humedad del suelo y profundidad

de races.

RENDIMIENTO REAL DEL CULTIVO (Ya) Y DISMINUCIN DEL

RENDIMIENTO

Con base en el Yx estimado y la ETx y ETa calculadas, el rendimiento real (Ya) se puede determinar

usando la ecuacin (1).

Sin embargo, en muchos estudios de planificacin y manejo que requieren la estimacin del

rendimiento segn la disponibilidad de agua, la disminucin del rendimiento se expresa en

trminos relativos; por ejemplo, como fraccin o porcentaje ms que como valor absoluto (Ya).

De hecho, los errores de estimacin del rendimiento real usando las funciones de productividad del

agua son considerables, dada la naturaleza emprica de las relaciones y la incertidumbre al estimar

los parmetros indicados anteriormente.

PROCEDIMIENTOS COMPUTARIZADOS DE CLCULO (CROPWAT)

El uso de funciones de productividad del agua, ecuacin (1), se facilita usando el modelo CROPWAT

(Smith, 1992), que proporciona procedimientos de computacin para determinar las disminuciones

del rendimiento en base al enfoque del Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 33, usando clculos diarios

de balance hdrico. CROPWAT ha sido usado ampliamente como una herramienta prctica de

manejo del calendario de riego y para estimar las disminuciones del rendimiento en condiciones de

dficit hdrico. Valores estndar de los parmetros del cultivo (Kc, p, profundidad de races, etc.) y

de Ky se incluyen en el modelo y se pueden modificar para ajustarse a las condiciones locales.

CROPWAT incluye varios modelos para calcular la evapotranspiracin de referencia a partir de

datos climticos diarios, decenales o mensuales, requerimientos de agua de los cultivos y

requerimientos de riego a partir de los datos climticos y del cultivo, adems de los esquemas de

suministro de agua para diversos patrones de cultivo. CROPWAT se dise como una herramienta

prctica para realizar clculos estndar para el diseo y manejo de los esquemas de riego, y para

mejorar las prcticas de riego. Tambin se puede emplear para los calendarios de riego en

condiciones de riego completo o deficitario, y para esto emplea los factores de respuesta de

rendimiento obtenidos a partir de las funciones de produccin cultivo-agua sintetizadas en el

Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 33. Para poder hacer los clculos en un gran nmero de pases, en

el software CROPWAT se ha incluido una base de datos climticos, CLIMWAT (Smith, 1993), con

base en datos agrometeorolgicos compilados por el servicio agrometeorolgico de la FAO, que

cuenta con ms de 3 200 estaciones en 144 pases y abarca desde 1961 hasta 1990.

11 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA

LIMITACIONES Y APLICACIONES DEL ESTUDIO FAO: RIEGO Y DRENAJE

N. 33

Los procedimientos para estimar la respuesta de rendimiento al agua desarrollados por el Estudio

FAO: Riego y Drenaje N. 33 han tenido gran acogida entre los economistas e ingenieros, y se han

usado en varias aplicaciones prcticas a nivel de campo, distrito, regin, y nacin. Durante muchos

aos, este enfoque en la funcin de produccin del agua ha sido el estndar para la planificacin y

fue una contribucin para muchos modelos econmicos que tratan sobre la asignacin del agua.

An es til cuando se necesita una primera aproximacin rpida de la disminucin del rendimiento

relacionado con limitaciones hdricas, especialmente cuando se tienen que considerar

simultneamente cultivos herbceos, arbreos y vides. Se pueden encontrar ejemplos recientes de

aplicaciones a nivel de cuencas (p. ej., Xiaojuan et al., 2011), a nivel de campo (p. ej., Yacoubi et al.,

2010) y en sistemas de apoyo a la toma de decisiones (p. ej., Gastlum et al., 2008).

Mientras que el enfoque del Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 33 se basa firmemente en los

principios del consumo de agua en los cultivos, la simplificacin introducida usando un factor

emprico de respuesta de rendimiento (Ky) para integrar las relaciones complejas entre la

produccin y el consumo de agua para la produccin del cultivo, limita su aplicabilidad para realizar

estimaciones precisas de las respuestas del rendimiento al agua. Adems, aparte del agua, otros

factores como los nutrientes, las distintas variedades cultivadas, etc., tambin influyen en la

respuesta al agua. De hecho, si se busca ms precisin, habra que hacer ajustes para las

condiciones especficas del sitio. La determinacin de los valores del Ky despus de la investigacin

adaptativa se ha llevado a cabo en numerosos estudios para varios cultivos y en diferentes

ambientes. Los resultados han mostrado un amplio rango de variaciones de los valores del Ky y

sugieren que la variacin del Ky en el cultivo puede ser tan marcada como la que ocurre entre un

cultivo y otro (Stanhill et al., 1985).

Para ejemplificar las diferencias en los valores del Ky obtenidos en diferentes estudios, a manera de

ilustracin, se pueden comparar los resultados de un programa cooperativo de investigacin

llevado a cabo por el Organismo Internacional de Energa Atmica (IAEA) con los valores originales

del Ky que aparecen en el Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 33. La Tabla 2 presenta un resumen de

la comparacin de los valores del Ky, como aparecen publicados en el Informe sobre el agua, FAO,

N. 22, Riego deficitario, 2002.

A pesar de la solidez del enfoque de la funcin de produccin, las diferencias en los valores del Ky

de las dos publicaciones son considerables, y no se puede extraer una tendencia especfica de las

desviaciones de los valores del Ky bajo condiciones distintas. Se puede concluir que la aplicacin del

enfoque de la funcin de produccin del agua ha demostrado ser til para la planificacin general,

el diseo y el funcionamiento de los proyectos de riego y para la evaluacin rpida de las

disminuciones del rendimiento en condiciones limitadas de suministro de agua. Se han encontrado

aplicaciones que van desde las asignaciones del suministro de agua entre cultivos durante perodos

de escasez de agua, hasta diversos estudios en el mbito nacional o regional, donde prevalecen las

condiciones generalizadas de cultivo.

Para la mejora de prcticas y estrategias relacionadas con el manejo agrcola del agua, con el fin de

mejorar la eficiencia y la productividad del uso del agua, la ecuacin 1 es de uso limitado y se

requieren predicciones ms precisas de la respuesta del rendimiento bajo las condiciones reales del

campo. AquaCrop (captulo 3) proporciona una alternativa vlida para los cultivos herbceos,

puesto que la incorporacin de conocimientos avanzados de las relaciones entre agua y cultivo

permiten modelar con ms precisin los procesos de formacin del rendimiento y crecimiento del

cultivo real, bajo diversas condiciones de fertilidad del suelo, clima y disponibilidad de agua.

12 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA

TABLA 2

Comparacin de los valores del Ky del Estudio FAO: Riego y Drenaje N. 33 con los de las

investigaciones del IAEA (FAO, 2002) en diferentes etapas de desarrollo del cultivo. Tr-

0000=dficit de agua que se presenta durante todo el perodo; Tr-0111=dficit de agua que se

presenta durante la etapa inicial del cultivo; Tr-1011=dficit de agua que se presenta durante el

desarrollo del cultivo; Tr-1101=dficit de agua que se presenta a mediados del perodo; Tr-

1110=dficit de agua que se presenta al final del perodo. Cuando el IAEA reporta valores

diferentes del Ky para el mismo cultivo, se refieren a resultados experimentales de distintos

pases o a resultados experimentales de distintas ubicaciones en el mismo pas

Cultivo Tr-0000 Tr-0111 Tr-1011 Tr-1101 Tr-1110

FAO IAEA (%) FAO IAEA (%) FAO IAEA (%) FAO IAEA (%) FAO IAEA (%)

Frjol o

judas

1.15 0.59 -49 0.20 0.38 90 1.10 1.75 59 0.75 1.44 92 0.20 0.06 -70

1.15 1.43 24 0.20 0.56 180 1.10 1.35 23 0.75 0.87 16 0.20 0.17 -15

Algodn

0.85 1.02 20 0.20 0.75 275 0.50 0.48 -4 0.25

0.85 0.71 -16 0.20 0.80 300 0.50 0.60 20 0.05

0.85 0.99 16 0.50 0.76 52

Man o

cacahuete 0.70 0.20 0.80 0.74 -8 0.60 0.20

Maz 1.25 1.33 6 0.40 1.50 0.50 0.20

Papa o

patata 1.10 0.60 0.40 -33 0.33 0.70 0.46 -34 0.20

Soya o

soja 0.85 0.20 0.56 180 0.80 1.13 41 1.00 1.76 76

Caa de

azcar

1.20 0.75 0.20 -73 1.20 0.50 1.20 1.40 0.10

1.20 0.75 0.40 -47 1.20 0.50 1.20 140

Girasol 0.95 0.91 -4 0.40 1.19 198 1.00 0.94 -6 0.80 1.14 43

Trigo de

primavera 1.15 1.32 15 0.20 0.55 175 0.65 0.90 38 0.55 0.44 -20 0.25

Trigo de

invierno 1.00 0.87 -13 0.20 2.24 1170 0.60 0.81 35 0.50 0.48 -4 0.62

13 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA

BIBLIOGRAFA

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14 RESPUESTA DEL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS AL AGUA