¿Cómo hacer un balance hídrico de un campo?

Determina las necesidades de agua para riego del campo, el caudal estimado para esta temporada y anticípate a los problemas de escasez hídrica.

En este artículo, primero veremos cómo podemos calcular cuánta agua necesitamos en el campo para el riego de nuestros cultivos. Luego, veremos cuánta agua disponemos.

Con esta información sabremos si nos sobra o falta agua para el riego, en qué meses nos falta y cuánto. Nuestro objetivo, entonces, es hacer un análisis inicial de cuánta agua necesita el campo para saber si tenemos un problema o no esta temporada. 

De esta forma podremos:

Chile tiene un clima mediterráneo, donde las precipitaciones se concentran en invierno, mientras que la demanda de los cultivos se concentra mayoritariamente en el verano. Por esta razón, se produce un desbalance entre la oferta y demanda de agua, la cual en la mayor parte de los terrenos agrícolas del país, debemos cubrir a través del riego.

Lo que tenemos que hacer, entonces, es aprender a aprovechar esa agua que queda acumulada en invierno ya sea en la cordillera, en embalses o aguas subterráneas para suplir la escasez de agua en el verano.

En el futuro la disponibilidad del agua para la agricultura irá disminuyendo cada vez más, no solo por el cambio climático, sino también porque se seguirá aumentando el uso de agua para consumo humano e industrial en desmedro del uso agrícola.

Según datos de la Dirección General de Aguas en Chile, la agricultura consumía en 2015 el 84% del agua y esa cifra bajó en 2020 al 73%. Por su parte, el consumo humano se duplicó llegando al 10%. La tendencia mundial indica que el uso para la agricultura se seguirá reduciendo hasta llegar al 40% en los próximos 30 años. El desafío entonces, es cómo producir lo mismo o más con menos agua.

Es importante hacer un estudio, sobre todo en la situación actual donde los caudales que tenemos son a veces muy cambiantes de un mes a otro o de una temporada a otra. 

Si nosotros somos capaces de hacer un análisis cuando vamos a plantar o sembrar un campo o antes de comenzar el período de riego de cada temporada, podremos saber en qué situación nos encontramos y definir una estrategia para administrar el problema.

Lo primero que tenemos que saber es que los requerimientos hídricos de las plantas dependen de la evapotranspiración del cultivo y del sistema de riego que utilicemos.

La evapotranspiración del cultivo, a su vez, es la transpiración de las plantas más la evaporación de agua desde el suelo y esta depende del clima del lugar y del cultivo.

El primer factor es el clima que determinará cuánto de la radiación recibida desde el sol se transformará en calor sensible, que es la energía que queda en los procesos de la planta, y cuánto en calor latente o lo que la planta debe transpirar, convirtiendo el agua líquida a vapor y que se libera hacia la atmósfera.

Si bien la radiación solar es la principal variable que afecta la evapotranspiración existen otras variables que también afectan. En zonas donde la temperatura es más alta o el viento es mayor tendremos mayor aplicación de agua. Por su parte, si la humedad relativa es más baja, la evapotranspiración será más alta.

El segundo factor está relacionado con la fisiología del cultivo, lo cual también afecta a la evapotranspiración, como la resistencia estomática, el tamaño de la hoja y el número de estomas de la especie.

Otro factor es la profundidad y densidad de las raíces y también la densidad del área foliar. Si tenemos mayor área foliar tendremos mayor evapotranspiración, lo cual dependerá de la especie, de su estado de desarrollo, de la sombra existente, de la densidad de plantación y finalmente del sistema de conducción.

El calor latente de las plantas o evapotranspiración se puede medir directamente con instrumentos como los lisímetros, sistemas de balance hídrico o desde estaciones de balance de energía.

Estos instrumentos miden el calor latente que emite el cultivo con lo cual se puede obtener en forma directa la evapotranspiración. Pero estas tecnologías hoy aún son muy caras, cuestan entre 30 y 120 mil dólares y son muy difíciles de operar.

Las utilizan los investigadores que han ido determinando la evapotranspiración de diferentes cultivos en localidades específicas. Hubo muchas personas que se dedicaron a hacer esto por años y publicaron los coeficientes en tablas.

Como era muy difícil medir la evapotranspiración de cada cultivo en distintos climas, los científicos crearon un parámetro agroclimático que se llama "evapotranspiración de referencia" que se calcula a partir de la radiación solar, la humedad, la temperatura y el viento.

Esta evapotranspiración de referencia se definió como lo que evotranspira un cultivo de pasto, corto, bien regado y sin limitaciones. Y luego, se ajusta con un coeficiente de cultivo para poder calcular la evapotranspiración del cultivo en cualquier lugar.

Entonces, en la práctica no se mide la evapotranspiración con estos instrumentos sino a través de un método indirecto, utilizando una evapotranspiración de referencia y un coeficiente de cultivo.

La ecuación que logró determinar esta relación es la ecuación de Penman – Monteith. Esta ecuación fue incorporada luego a todas las estaciones meteorológicas. Hoy podemos obtenerla desde las redes de estaciones meteorológicas existentes.

Sin embargo, aunque los coeficientes de cultivo se hayan determinado muy bien, nunca dos cultivos tendrán exactamente el mismo vigor, la misma distancia de plantación o las mismas características con las cuales este parámetro fue calculado.

Luego, este coeficiente es una aproximación y en algunos casos puede haber diferencias. Esto es importante a considerar en el manejo, pero para efectos del cálculo de los requerimientos de agua es suficiente como una buena aproximación disponer de estos coeficientes de cultivo.

Los coeficientes de cultivo para las distintas especies más actualizados los podemos encontrar en:

Los coeficientes de cultivo que se determinaron a nivel experimental son útiles para huertos adultos. Si tenemos un huerto de frutales en formación y por lo tanto, no se han logrado aún al menos el 60% de cobertura del suelo, debemos hacer un ajuste.

El coeficiente de cultivo en este caso disminuirá según la curva que se muestra a continuación (Fuente: Fereres, 1981):

Por ejemplo, si tenemos un 40% de cobertura, el coeficiente de cultivo que aparece en la literatura hay que multiplicarlo por 0.8. Si tienes un 20% de cobertura tengo que multiplicarlo por 0.5. Por el contrario, si se trata de cultivos anuales o frutales adultos no tengo que hacer este ajuste y puedo usar los coeficientes en forma directa.

Para los cultivos anuales o árboles frutales caducos como la uva, el almendro o el manzano, el coeficiente de cultivo va variando durante la temporada. Parte muy bajo al principio, luego sube y finalmente baja. En estos cultivos tenemos que adaptar los coeficientes a las condiciones de nuestro campo.

En frutales de hoja caduca tendremos un período B que es la brotación, un periodo C cuando se logra el máximo desarrollo vegetativo, un período D cuando se cosecha y un periodo E cuando el árbol entra en senescencia o caída de sus hojas.

Para el caso de cultivos anuales el período B es la fecha de siembra o trasplante, el C ocurre cuando la vegetación verde cubre aproximadamente el 10% de la superficie del suelo, el D ocurre en el momento que el cultivo alcanza la cobertura completa del suelo y el E ocurre con el comienzo de la madurez o senescencia hasta la cosecha.

Los coeficientes tanto en FAO 56 como en la Universidad de California vienen para cada periodo y además viene como sugerencia los porcentajes de desarrollo de cuándo se produciría cada uno de estos eventos en la planta.

Por ejemplo, para almendros el primer período que ocurre al inicio de la brotación o B hasta el máximo desarrollo que ocurre al 50% de crecimiento y el coeficiente es 0.55. Luego, al 90% de desarrollo ocurre la máxima vegetación o período C y ese segundo período el coeficiente es 1.15. Al 90% del desarrollo ocurre la cosecha y el coeficiente sigue en 1.15.

Finalmente, en D se inicia la pérdida de hojas hasta el 100% y en ese último período el coeficiente es 0.65. Después de la caída de las hojas en los frutales de hoja caduca y durante el invierno solo ocurre transpiración desde el suelo por lo que el coeficiente de cultivo baja a un valor de 0.2.

La información en FAO 56 está de la misma manera, por períodos y porcentajes. La única diferencia es que para el caso de FAO 56 el período C y D están con un mismo valor, que es el que dice "medio". Luego el primero es B, el del medio es C y D y el último es E. El resto es exactamente lo mismo.

Vamos a hacer ahora un ejemplo, con nogales, para una localidad específica. El primer paso, es saber cuántos días hay desde la brotación hasta la senescencia en nuestra localidad. Vamos a suponer que son 240 días.

Luego vamos a la tabla y buscamos Nogales. Copiamos los porcentajes para completar los períodos B, C, D y E. Luego, copiamos en una planilla los coeficientes de cultivo que son en este caso 0.55, 1.15, 1.15 y 0.8.

Finalmente, ponemos el porcentaje de cobertura como corrección. Ingresamos 60%, es decir, árboles adultos.

La siguiente gráfica muestra como evoluciona el coeficiente de cultivo desde la fecha de brotación para una plantación adulta (color azul) y para una plantación en formación con el 45% de sombra (color rojo):

Lo que tenemos que hacer ahora es llevar a esta información de los coeficientes de cultivo a valores mensuales. Para ello, vamos a suponer que el inicio de la  brotación en la zona de la plantación ocurre el 1 de septiembre, que correspondería al día 0 de nuestro gráfico. Para determinar los valores mensuales vemos que valores toma el coeficiente de cultivo a mediados de cada mes, como se ilustra en la siguiente tabla:

Ahora que ya tenemos los coeficientes de cultivos mensuales adaptados a nuestro campo veremos cómo calcular los requerimientos de riego del campo. Para ello necesitamos dos datos mensuales históricos del lugar:

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A continuación, creamos una planilla para registrar los datos mensuales de Evapotranspiración del campo (ETo) y las precipitaciones mensuales promedios de los últimos 10 años. Ambos datos se pueden obtener desde una estación meteorológica:

Luego, copiamos los valores de los coeficientes de cultivo mensuales (Kc) ajustados a nuestro campo y a la plantación de nogales:

Ahora que tenemos la Evapotranspiración de referencia (ETo) diaria y los coeficientes de cultivo (Kc) mensuales, podemos determinar la Evapotranspiración diaria del cultivo (ETc), esto es:

ETc = ETo x Kc

Y si multiplicamos el valor obtenido por la cantidad de días de cada mes, obtenemos la Evapotranspiración del cultivo mensual en milímetros por mes.

Las precipitaciones efectivas son las que llegan a la zona de raíces. Una forma simple de calcular esto es de la siguiente forma:

Con este cálculo obtendremos una aproximación de las precipitaciones que van a quedar en la zona de las raíces. Para un cálculo más exacto habría que considerar las características del suelo, pero para esta etapa es suficiente con el cálculo anterior porque estamos revisando los requerimientos generales del campo.

En el ejemplo, de nuestra plantación de nogales solo se registran precipitaciones en el mes de octubre y son menores a 75 milímetros.

Con esta información, ya podemos calcular las necesidades netas (NN) de agua en milímetros por mes. Será la evapotranspiración del cultivo (ETc) menos las precipitaciones efectivas (Pe). Esto sería lo que tenemos que reponer para suplir la evapotranspiración del cultivo.

NN = ETc - Pe

Otro factor que influye en los requerimientos de riego es la eficiencia del sistema de riego que estemos utilizando. Esta pérdida de agua se produce por percolación y escurrimiento superficial.

La eficiencia será 0.9 si es riego por goteo y 0.85 si es riego por microaspersión. Es decir, agregamos un 10 o un 15 % más de agua dependiendo del sistema de riego utilizado.

En nuestro ejemplo, asumiremos riego por goteo por lo que la eficiencia es 0,9. Con este valor podemos calcular ahora las necesidades brutas (NB) de agua al dividir las necesidades netas (NN) por la eficiencia del sistema de riego (EFa):

NB = NN / Efa

Esto es lo que tendríamos que regar, es decir, lo que no suple la lluvia y que está expresado en milímetros por mes.

Como este análisis es para saber cuánta agua es lo que necesitamos en el campo como caudal, debemos convertir los valores a litros por segundo. Para esto multiplicamos por 10.000 para pasar de metro cuadrado a hectárea, y lo dividimos por 24 y por 3.600 para pasar de días a segundos y así queda expresado en litros por segundo por hectárea.

En el caso que nuestro suelo sea salino deberemos considerar adicionalmente un factor de lavado de sales que normalmente está entre el 10 al 25%.

Esta mayor demanda no es para suplir las necesidades del cultivo sino para lavar las sales y correrlas más abajo de las raíces. Por lo que esa agua también hay que considerarla.

El factor de lavado se puede determinar a partir de la conductividad eléctrica y se calcula como la conductividad del agua dividido por 2 veces la conductividad del suelo.

Ahora vamos a aprender a estimar cuánta agua tiene el campo. Este es el segundo paso y es muy importante porque muchas veces los agricultores compran sensores y sistemas para el manejo del riego, pero resulta que primero tienen que analizar si tienen suficiente agua.

Por muy buena tecnología y por muy bien que uno sepa cuanta agua tiene que aplicar y en que momento aplicarlo, si no tenemos el recurso, no lo podremos hacer.

Por esa razón el análisis que realizaremos ahora es muy relevante para saber con qué problemas nos podemos encontrar. Lo que viene ahora es saber cuál es la disponibilidad de agua que tiene el campo tanto superficial como subterránea. Cuando tengamos esto podremos saber si hay déficit o excesos, y en cuáles meses tenemos los déficits y de qué magnitud son.

Lo primero es saber cuántos son los derechos de agua que tengo sobre un río o sobre un canal que capta agua de ese río. Los derechos de agua pueden estar expresados en porcentaje, en acciones o en regadores del caudal disponible del río o canal. Esto depende de cada caso en particular.

En el caso de los derechos sobre un río o canal, estos habitualmente se expresan en porcentaje o acciones. Si un canal tiene, por ejemplo, el 10% de un río y ese canal a su vez se divide en 100 partes, cada parte o acción tendría el 0.1% del porcentaje del río.

El segundo paso es buscar el caudal que tenga alta probabilidad de ocurrencia. Generalmente el agua superficial de los ríos es muy variable de un año a otro y entre un mes y otro. Son pocos los ríos en Chile que son muy estables entre un año y otro. Por eso es importante definir que caudal utilizaremos.

Si utilizamos el caudal promedio de los últimos años, van a ver muchos años en que nos va a faltar agua y algunos años en que me sobrará agua.

En Chile, la Dirección General de Aguas genera un pronóstico anual para los meses de octubre hasta marzo que publica a mediados de septiembre. Este pronóstico considera las precipitaciones y la nieve acumulada, así como el nivel de los embalses y es bastante exacto.

Este pronóstico sirve para saber con anticipación los caudales que vienen para la temporada y tener una idea de lo que va a suceder. Esto es especialmente importante en situaciones tan cambiantes como los actuales.

Para acceder a este pronóstico vamos a la página dga.mop.gob.cl y seleccionamos en ‘Información de Recursos Hídricos’ la opción ‘Boletines Hidrológicos y pronósticos anuales’

Luego, hacemos clic al primero de los enlaces con el pronóstico anual.

Esta acción descargará un PDF que incluye en las páginas finales los metros cúbicos por segundo mensuales pronosticados para 19 cuencas entre Copiapó y Ñuble:

Supongamos que tenemos derechos de agua por el 0.1% del rio Teno. El caudal total del río Teno pronosticado para Octubre es de 51 metros cúbicos por segundo. Luego, tendríamos 0,051 metros cúbicos o 51 litros por segundo.

Hay que considerar que si captamos el agua directamente desde el río, es decir el río o canal pasa directamente sobre tu campo, no vas a tener pérdidas por conducción. Pero que si tienes que trasladar el agua debes restar estas pérdidas de caudal dependiendo de la distancia que tengas de la fuente de toma. Estas pérdidas son normalmente del 10% y pueden llegar hasta el 20% si la distancia fuera muy grande.

En el caso de las aguas subterráneas, como pozos profundos, también es importante medir el nivel del agua y los caudales para ir haciendo estos análisis.

Siguiendo con el ejemplo de los derechos de agua del río Teno, si hacemos el análisis desde octubre hasta marzo obtenemos lo siguiente para nuestro campo de nogales:

En este caso tendremos un déficit en los meses de enero, febrero y marzo. Pero al tener superávit los meses anteriores, podemos solucionar el problema, por ejemplo,  con un tranque inter-mensual debido a que faltan 31 litros por segundo en el mes de febrero. La capacidad de ese tranque debe ser de 75.541 metros cúbicos.

Si haces este análisis y sabes que tus meses críticos son febrero, marzo y abril, entonces tienes alternativas de hacer distintas cosas. Por ejemplo, puedes hacer un embalse para acumular agua en octubre, noviembre y diciembre y usarla en febrero o tomar agua en invierno y almacenarla para los meses de febrero, marzo y abril.

Además ya tendrías calculada la capacidad de almacenamiento que necesitas. Te estarían faltando 76.000 metros cúbicos. También sabrías la magnitud del déficit, de 31 litros por segundo en febrero. Entonces tendrías un conocimiento de lo que necesitas y de lo que te falta. ¡Vas a poder tomar decisiones!

Algunas estrategias que puedes utilizar para mitigar la escasez de agua en el campo son:

• Profundizar pozos, si es posible.
• Hacer nuevos pozos.
• Trasladar derechos de agua porque quizás algún pozo ya no está funcionando adecuadamente.
• Comprar o arrendar derechos de agua a tus vecinos que no estén utilizando.
• Mejorar los equipos de riego para mejorar su eficiencia.
• Construir un acumulador de agua inter-mensual o anual con la magnitud que necesitas.
• Dejar un área del campo sin regar, regar menos o disminuir superficie de cultivo por esta temporada.
• Utilizar alguna estrategia de poda distinta.
• Agregar manejos culturales como la eliminación de malezas o el uso de Mulch para disminuir la evapotranspiración.