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iiiÍndice1. Introducción a la evapotranspiración 1 Proceso de Evapotranspiración 1 Evaporación 1 Transpiración 3 Evapotranspiración 3 Unidades 3 Factores que afectan la evapotranspiración 5 Variables climáticas 5 Factores de cultivo 5 Manejo y condiciones ambientales 5 Conceptos de Evapotranspiración 7 Evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo) 7 Evapotranspiración del cultivo bajo condiciones estándar (ETc) 7 Evapotranspiración del cultivo bajo condiciones no estándar (ETc aj) 9 Determinación de la evapotranspiración 10 Medición de ET 10 ET calculada con datos meteorológicos 13 ET estimada con el tanque de evaporación 13 PARTE A. Evapotranspiración de referencia (ET o) 152. Ecuación de FAO Penman-Monteith 17 Necesidad de un método estándar para determinar ETo 17 Formulación de la ecuación de Penman-Monteith 18 Ecuación de Penman-Monteith 18 Resistencia aerodinámica (ra) 20 Resistencia superficial (total) (rs) 20 Superficie de Referencia 23 Ecuación de FAO Penman-Monteith 24 Ecuación 24 Datos 27 Estimación de datos faltantes 28 3. Datos meteorológicos 29 Factores meteorológicos que determinan la ET 29 Radiación solar 29 Temperatura del aire 29 Humedad del aire 30 Velocidad del viento 30 Parámetros atmosféricos 31 Presión atmosférica (P) 31 Calor latente de vaporización () 31 Constante psicrométrica () 31 Temperatura del aire 32
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ivHumedad del aire 33 Conceptos 33 Medición 35 Procedimientos de cálculo 35 Radiación 41 Conceptos 41 Unidades 43 Medición 45 Procedimientos de cálculo 45 Velocidad del viento 55 Medición 55 Relación del viento con la altura 55 Recolección de datos climáticos 57 Estaciones meteorológicas 57 Bases de datos agroclimáticos mensuales 57 Estimación de datos climáticos faltantes 58 Estimación de datos faltantes de humedad 58 Estimación de los datos de radiación 59 Datos faltantes de viento 63 Datos mínimos requeridos 64 Una ecuación alternativa para el cálculo de ETo 64 4. Determinación de ET o 65 Ecuación de Penman-Monteith 65 Procedimientos de cálculo 66 ETo calculada para diversos períodos de tiempo 66 Procedimientos de cálculo en caso de datos faltantes 76 Método del tanque evaporímetro 78 Tanque evaporímetro 78 Coeficiente del tanque evaporímetro (Kp) 79 PARTE B. Evapotranspiración del cultivo en condiciones estándar 87 5. Introducción a la evapotranspiración del cultivo (ET c) 89Procedimientos de cálculo 89 Cálculo directo 89 Enfoque del coeficiente del cultivo 89 Factores que determinan el coeficiente del cultivo 91 Tipo del cultivo 91 Clima 91 Evaporación del suelo 93 Etapas del crecimiento del cultivo 95 Evapotranspiración del cultivo (ETc) 97 Enfoques de los coeficientes único y dual del cultivo 98 Curva del coeficiente del cultivo 99 Diagrama de flujo de los cálculos 101 6. ETc – coeficiente único del cultivo (K c) 103Duración de las etapas de crecimiento 103
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vCoeficientes del cultivo 109 Valores tabulados de K c 109 Coeficiente del cultivo para la etapa inicial (Kc ini) 114 Coeficiente del cultivo para la etapa de mediados de temporada (Kc med) 121 Coeficiente del cultivo para el término de la etapa final (Kc fin) 125 Elaboración de la curva de Kc 127 Cultivos anuales 127 Curva de Kc para cultivos forrajeros 128 Árboles frutales 129 Cálculo de la ETc 129 Determinación gráfica del valor de Kc 129 Determinación numérica del valor de Kc 132 Coeficientes del cultivo basados en la alfalfa como referencia 133 Extrapolación de valores previos de Kc 134 7. ETc – coeficiente dual del cultivo (K c = K cb + K e) 135Componente de la transpiración (Kcb ET o) 135 Coeficiente basal del cultivo (Kcb) 135 Determinación de los valores diarios de Kcb 141 Componente de la evaporación (Ke ET o) 141 Procedimiento de cálculo 142 Límite superior Kc max 143 Coeficiente de reducción de la evaporación del suelo (Kr) 144 Fracción expuesta y humedecida del suelo (few) 147 Cálculo diario del valor de Ke 151 Cálculo de ETc 156 PARTE C. Evapotranspiración del cultivo en condiciones no-estándar 159 8. ET c bajo condiciones de estrés hídrico 161 Disponibilidad de agua en el suelo 161 Agua disponible total (ADT) 161 Agua fácilmente aprovechable (AFA) 162 Coeficiente de estrés hídrico (Ks) 167 Balance de agua del suelo 169 Planificación del riego 171 Efectos de la salinidad del suelo 174 Relación productividad-salinidad 175 Relación productividad-estrés hídrico 176 Relación combinada salinidad-reducción de la ET 177 Sin estrés hídrico (Dr < AFA) 177 Con estrés hídrico (Dr > AFA) 177 Aplicación 181 9. ETc para vegetación natural, atípica y subóptima 183 Procedimiento de cálculo 183 Etapa inicial de crecimiento 183 Etapas de mediado y final de temporada 183 Condiciones de estrés hídricos 184
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viAjuste para la etapa de mediados de temporada para vegetación escasa 184 Ajuste a partir de observaciones de campo 184 Estimación de Kcb med a partir del índice de área foliar (IAF) 185 Estimación de Kcb med a partir de la cobertura efectiva del suelo (f c eff ) 187 Estimación de Kcb full 189 Conclusión 190 Etapa de mediados de temporada: ajuste por control estomático 191 Etapa de final de temporada 192 Estimación de ETc aj considerando la productividad del cultivo 193 10. ETc bajo distintas prácticas de manejo 195 Efecto del mantillo (mulch) sobre la superficie 195 Cobertura con plástico 195 Cobertura orgánica 196 Cultivos intercalados 197 Vegetación contigua 198 Vegetación solapada 199 Cultivos de borde 199 Áreas reducidas de vegetación 199 Áreas rodeadas por vegetación que posee característicassimilares de rugosidad y de humedad 200 Efectos de «oasis» y «ropa tendida» 200 Estrés ambiental inducido como práctica de manejo 202 Semilla de alfalfa 203 Algodón 203 Remolacha azucarera 204 Café 204 Té 2 04Olivos 204 11. ETc fuera de la temporada productiva 205 Tipos de condiciones de la superficie del terreno 205 Suelo descubierto 205 Superficie cubierta por vegetación muerta 205 Superficie cubierta por vegetación viva 206 Superficies congeladas o cubiertas con nieve 207 Anexos1. Unidades y símbolos 209 2. Cuadros meteorológicos 211 3. Bases físicas de los parámetros usados en el cálculo de la evapotranspiración 221 4. Análisis estadístico de los datos climáticos 227 5. Medida y determinación de la integridadde los datos meteorológicos 241 6. Corrección de datos climáticos obtenidos en estaciones no-referenciales para calcular ET o 253 7. Cálculo de Kc para el estado inicial de los cultivos anuales 259 8. Ejemplo de cálculo para la aplicacióndel concepto de Kc en calendarios de riego 265 Bibliografía 277
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viiLista de figuras1. Representación esquemática de un estoma 2 2. Partición de la evapotranspiración en evaporación y transpiración durante el período de crecimiento de un cultivo anual 2 3. Factores que afectan la evapotranspiración con referencia a conceptos relacionados de ET 4 4. Evapotranspiración del cultivo de referencia (ET o), bajo condiciones estándar (ETc) y bajo condiciones no estándar (ETc aj) 6 5. Representación esquemática de la variación diurna de los componentes del balance de energía sobre una superficie transpirante con suficiente cantidad de agua en un día soleado 11 6. Balance de agua en el suelo de la zona radicular 12 7. Representación simplificada de la resistencia superficial (total) y de la resistencia aerodinámica al flujo de vapor de agua 19 8. Representación típica de la variación del Índice de Área Foliar (IAF) activo (verde) a lo largo del período de crecimiento de un cultivo de maíz 22 9. Características del cultivo hipotético de referencia 24 10. Ilustración del efecto de la velocidad del viento sobre la evapotranspiración en condiciones atmosféricas secas y calientes comparadas con condiciones húmedas y tibias 30 11. Presión de saturación de vapor (e°) en función de la temperatura: curva de e°(T) 34 12. Variación de la humedad relativa durante un período de 24 horas para una presión de vapor constante de 2,4 kPa 34 13. Variación anual de la radiación extraterrestre (R a) en el ecuador, a los 20 y 40° de latitud norte y sur 41 14. Variación anual de las horas de luz del día (N) en el ecuador, a los 20 y 40° de latitud norte y sur 42 15. Componentes de la radiación 44 16. Factor de conversión para convertir la velocidad del viento medida en cierta altura sobre el nivel del suelo a la velocidad del viento en la altura estándar (2 m) 56 17. Relación entre la fracción de radiación extraterrestre que alcanza la superficie de la tierra, Rs/Ra, y la diferencia de temperatura Tmax – T min para zonas interiores (k Rs = 0.16) y para zonas costeras (k Rs = 0.19) 61 18. ETo calculada por CROPWAT 69 19. Dos casos de localización del tanque de evaporación y sus alrededores 79 20. Valores típicos de K c para diferentes cultivos completamente desarrollados 92 21. Rangos extremos de K c para cultivos completamente desarrollados, en respuesta a variaciones climáticas y meteorológicas 92 22. El efecto de la evaporación sobre K c. 94 23. Etapas de desarrollo de diferentes cultivos 94 24. Rangos típicos esperados del valor de K cpara las cuatro etapas del crecimiento 97
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ixLista de Cuadros 1. Factores de conversión para expresar evapotranspiración 4 2. ET o promedio para diferentes regiones agroclimáticas en mm día -1 8 3. Factores de conversión para la radiación 45 4. Valores generales de la velocidad del viento en términos mensuales 63 5. Coeficientes del tanque evaporímetro (K p) para el Tanque Clase A para diversas localizaciones y ambientes de los tanques y varios valores de velocidad media del viento y de humedad relativa 81 6. Coeficientes del tanque evaporímetro (K p) para el Tanque Tipo Colorado para diversas localizaciones y ambientes de los tanques y varios valores de velocidad media del viento y de humedad relativa 81 7. Coeficientes del tanque evaporímetro (K p):Ecuaciones de regresión derivadas de los Cuadros 5 y 6 82 8. Cocientes de evaporación de diversos tipos de tanques y del tanque tipo Colorado para diversas condiciones climáticas y ambientales 83 9. Valores aproximados de K c ini correspondientes a eventos moderados de humedecimiento (10–40 mm) y texturas medias del suelo 95 10. Criterios generales de selección para los procedimientos del coeficiente único y dual del cultivo 98 11. Duración de las etapas de desarrollo del cultivo para distintos períodos de siembra y regiones climáticas 104 12. Valores del coeficiente único (promedio temporal) del cultivo K cy alturas medias máximas de las plantas para cultivos no estresadosy bien manejados en climas sub-húmedos (HRmin 2m/s) para usar en la formula de la FAO Penman-Monteith ET o 110 13. Clasificación de las láminas de precipitación 115 14. Kc ini para arroz y varias condiciones climáticas 121 15. Estimaciones empíricas de datos mensuales de velocidad del viento 124 16. Valores típicos de HR min comparados con HR medpara clasificaciones climáticas generales 124 17. Coeficiente basal del cultivo K cb para cultivos no estresados y bien manejados en climas sub-húmedos (HRmin 2 para ser usados en la Ecuación de la FAO Penman-Monteith ET o 137 18. Guías generales para la derivación de K cb a partir de los valores de Kc incluidos en el Cuadro 12 141 19. Características típicas de humedad para diferentes tipos de suelo 144 20. Valores comunes de la fracción fw de la superficie humedecida del suelo por riego o lluvia 149 21. Valores comunes de la fracción del suelo cubierta por la vegetación (fc) y de la expuesta a la luz del sol (1-fc) 149 22. Rangos de profundidad máxima efectiva de las raíces (Z r)y fracción de agotamiento de la humedad del suelo (p) para condiciones sin estrés hídrico, para cultivos comunes 163 23. Tolerancia a las sales de cultivos agrícolas comunes, expresada como la conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo correspondiente al umbral donde la productividad del cultivo
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xse reduce por primera vez por debajo de la productividad potencial total (CEe umbral) y expresada como la pendiente (b) de reducciónen la productividad cuando la salinidad aumenta por encima del CEe umbral 178 24. Coeficientes estacionales de respuesta de la productividad, FAO No. 33, serie de Riego y Drenaje 181 25. Reducción aproximada del valor de K c y de la evaporación en la superficie e incrementos de la transpiración para varios cultivos hortícolas bajo una cobertura completa de plástico, en comparación con condiciones sin cobertura utilizando riego por goteo 196 Lista de recuadros 1. Capítulos relacionados con el cálculo de la evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo) presentados en este libro 8 2. Capítulos relacionados con el cálculo de la evapotranspiración del cultivo bajo condiciones estándar (ETc) presentados en este libro 9 3. Capítulos relacionados con el cálculo de la evapotranspiración del cultivo bajo condiciones no estándar (ETc aj) presentados en este libro 10 4. Resistencia aerodinámica de la superficie de pasto de referencia 21 5. Resistencia superficial (total) para el cultivo de referencia (pasto) 22 6. Derivación de la ecuación de FAO Penman-Monteith para el cultivo hipotético de referencia 26 7. Hoja de cálculo para determinar el déficit de presión de vapor (e s – e a) 40 8. Conversión de valores de energía a evaporación equivalente 44 9. Hoja de cálculo para la radiación extraterrestre (R a)y la insolación máxima (N) 49 10. Hoja de cálculo para la radiación neta (R n) 53 11. Planilla para el cálculo de ET o (FAO Penman-Monteith) 67 12. Descripción del Tanque Clase A 84 13. Descripción del tanque enterrado tipo Colorado 85 14. Demostración del efecto del clima en el valor de K c medpara el cultivo de trigo desarrollado bajo condiciones de campo 123 15. Caso de estudio: cultivo de frijol seco en Kimberly, Idaho, Estados Unidos (coeficiente único del cultivo) 130 16. Caso de estudio de un cultivo de frijol seco (judias) en Kimberly, Idaho, Estados Unidos (coeficiente dual del cultivo) 158 17. Medición y estimación del IAF 186 18. Medición y estimación de f c eff 187
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xiLista de ejemplos1. Conversión de la evaporación a partir de una unidad a otra 4 2. Determinación de parámetros atmosféricos 32 3. Determinación de la presión media de vapor de saturación 36 4. Determinación de la presión real de vapor a partir de lecturas del psicrómetro 38 5. Determinación de la presión real de vapor de la humedad relativa 39 6. Determinación del déficit de presión de vapor 39 7. Conversión de la latitud en grados y minutos a radianes 46 8. Determinación de la radiación extraterrestre 47 9. Determinación de la insolación máxima 48 10. Determinación de la radiación solar con datos de insolación real diaria 50 11. Determinación de la radiación neta de onda larga 52 12. Determinación de la radiación neta 53 13. Determinación del flujo de calor en el suelo para períodos mensuales 55 14. Ajuste de datos de velocidad del viento a la altura estándar 56 15. Determinación de la radiación solar con datos de temperatura 61 16. Determinación de la radiación neta en ausencia de datos de radiación 62 17. Determinación de ET o con el promedio de los datos mensuales 70 18. Determinación de ET o con datos diarios 72 19. Determinación de ET o con datos horarios 75 20. Determinación de ET o con datos faltantes 77 21. Determinación de ET o con datos del tanque evaporímetro usando Cuadros 83 22. Determinación de ET o a través del uso de ecuaciones adoptadas para el tanque de evaporación 86 23. Estimación del intervalo entre eventos de humedecimiento 116 24. Determinación gráfica del valor de K c ini 116 25. Interpolación entre eventos de humedecimiento ligeros y pesados 119 26. Determinación del valor de K c ini para humedecimiento parcial de la superficie del suelo 120 27. Determinación de K c med 125 28. Determinación numérica de K c 133 29. Selección y ajuste del coeficiente basal del cultivo, K cb 136 30. Determinación de los valores diarios de K cb 141 31. Determinación de la evapotranspiración en un suelo descubierto 146 32. Cálculo del coeficiente del cultivo (K cb + K e) bajo riego por aspersión 150 33. Cálculo del coeficiente del cultivo (K cb + K e) bajo riego por surcos 151 34. Cálculo del coeficiente del cultivo (K cb + K e) bajo riego por goteo 151 35. Estimación de la evapotranspiración del cultivo a través del procedimiento del coeficiente dual del cultivo 154
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xii36. Determinación del agua fácilmente aprovechable para diferentes cultivos y tipos de suelo 166 37. Efecto del estrés hídrico en la evapotranspiración del cultivo 168 38. Calendario de riego para evitar situaciones de estrés hídrico 172 39. Efecto de la salinidad del suelo en la evapotranspiración del cultivo 182 40. Aproximación inicial del coeficiente del cultivo para la etapa de mediados de temporada para vegetación escasa 185 41. Estimación del coeficiente del cultivo para la etapa de mediados de temporada 190 42. Estimación del coeficiente del cultivo para la etapa de mediados de temporada para una cobertura reducida del suelo 191 43. Estimación de K cb med utilizando la cobertura del suelo y considerando la reducción por control estomático 192 44. Estimación aproximada de K s a partir de los datos de productividad del cultivo 194 45. Efectos de la cobertura plástica sobre la superficie 197 46. Cultivo intercalado de maíz y calabacín 200 47. Vegetación solapada 201
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