Evaluación agronómica del uso de predicciones meteorológicas para el cálculo de la dosis de riego


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En el cálculo de las necesidades de riego de los cultivos es necesario tener en cuenta las condiciones climáticas y las características de los cultivos (especie, estado de desarrollo, densidad de plantación, etc.). El término que cuantifica cómo el clima influye en la demanda de agua del cultivo es la evapotranspiración de referencia (ETo), y depende de la radiación solar, el viento, la temperatura y la humedad relativa.

Actualmente existen diferentes métodos para estimar la ETo a partir de datos climáticos medidos en estaciones meteorológicas cercanas. Con esta finalidad, el Ministerio de Agricultura tiene instaladas 468 estaciones agrometeorológicas distribuidas en las principales áreas regables de España; y el Servicio de Información Agroclimática (SiAR) es el responsable de su mantenimiento y de proporcionar la información de manera gratuita a través de su web (http://eportal.mapa.gob.es/websiar/Inicio.aspx). Sin embargo, el alto coste de instalación y de mantenimiento de estas estaciones ha limitado su expansión en determinadas zonas del mundo. En aquellas zonas con datos meteorológicos limitados o deficiente calidad, una alternativa es el uso de valores predichos de ETo.

La predicción de la ETo se puede hacer de manera directa o indirecta. Uno de los métodos directos más antiguos y sencillos consiste en la utilización de valores medios de datos climáticos de una serie histórica. En zonas con baja variabilidad interanual de la ETo se han realizado recomendaciones de riego basadas en valores históricos. El uso de estos valores permite planificar el riego para toda la temporada de cultivo (hasta un año) y es una herramienta sencilla de utilizar. Sin embargo, al promediar días con distintas condiciones climáticas, es habitual que se infraestime o sobreestime la radiación solar en días despejados y días nublados, respectivamente.

En el método indirecto, la ETo se predice a partir de las predicciones meteorológicas de las variables necesarias para su cálculo. Este método, además de no requerir la instalación de sensores climáticos, presenta la ventaja de anticipar la estimación de las necesidades de riego del cultivo de acuerdo a las condiciones climáticas para los próximos días.

Existen varias instituciones públicas y privadas que proporcionan un pronóstico meteorológico diario. En Europa, los dos principales consorcios que proporcionan datos de previsión meteorológica diaria son HIRLAM y ALADIN. En 2006, ambos consorcios europeos colaboraron en el desarrollo de sistemas de alta resolución (HARMONIE), de forma que este modelo proporciona predicciones a corto plazo (0 a 2 días) y resoluciones horizontales de 2,5 km. Por otra parte también contamos con el Ensemble Prediction System, el cual se utiliza para las predicciones a medio plazo (3 a 7 días). Este último pertenece al Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo (ECMWF), que es una organización intergubernamental independiente apoyada por 34 estados.

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Figura 1. Previsión meteorológica para 7 días. Fuente: AEMET.

Lo más común es que los proveedores de predicciones meteorológicas proporcionen valores numéricos de temperatura, humedad, velocidad del viento y precipitación, mientras que no ofrecen valores numéricos de radiación solar (Figura 1). Por ejemplo, la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) proporciona información sobre el estado del cielo (EC), codificado desde despejado (EC=1) a cubierto (EC=6) (Tabla 1).

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Tabla 1. Estados de cielo de las predicciones de la AEMET.

Dado que la radiación solar es la variable que más influye en la demanda de agua de los cultivos, cuando se usan las predicciones meteorológicas para el cálculo de la dosis de riego es muy importante contar con una estimación fiable de dicha variable. Existen varias metodologías para estimar la radiación solar a partir de otras variables. En el marco del grupo operativo autonómico GOP2I-AL-16-0012, se comparó la radiación solar medida frente a la radiación solar predicha, con un horizonte de predicción de dos días, en base al estado del cielo (EC) (Cabrera et al., 2016) (EC-Rs, ec. 1) y a partir de la temperatura máxima y mínima predicha (Hargreaves y Samani 1982, 1985) (HS-Rs, ec. 2):

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Donde kRs es un coeficiente empírico calculado a partir de las condiciones climáticas promedio de la zona, Ra es la radiación solar extraterrestre diaria (MJ m2 d-1), Tmax and Tmin son las temperaturas máximas y mínimas predichas (ºC). De acuerdo con la áridez de la zona, el valor de kRs se calculó a partir del promedio de la diferencia de la temperatura (TD=Tmax-Tmin), humedad relativa (HR) y velocidad del viento (u) (Paredes and Pereira, 2019):

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La radiación extraterrestre para cada día del año y latitud se calcula a partir de la constante solar, la declinación solar y la época del año.

En la Figura 2 se muestra la comparación de la radiación estimada a partir de las predicciones meteorológicas del EC y temperatura frente al valor medido para la misma fecha. La predicción de la radiación fue más precisa cuando se usó el estado de cielo (EC, ec. 1) (Cabrera et al., 2016), ya que fue calibrado para esta misma zona, Poniente de Almería. En general, ambos modelos predijeron bien la radiación solar en días despejados, pero fueron menos precisos en días nublados (valores bajos de radiación), especialmente el modelo de Hargreaves y Samani.

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Figura 2. Comparación entre la radiación solar medida y la estimada a partir de las predicciones (horizonte de predicción de dos días) del estado del cielo (EC) y de la temperatura máxima y mínima con el modelo de Hargreaves y Samani.

En un ciclo de cultivo de pepino en invernadero desarrollado en la Estación Experimental de Cajamar durante las fechas comprendidas entre el 23/09/2019 y el 3/02/2020, se comparó la respuesta agronómica del cultivo regado usando los datos climáticos medidos (tratamiento control) frente a las predicciones meteorológicas (tratamiento predicciones). La dosis de riego se calculó en base a las necesidades hídricas del cultivo o evapotranspiración del cultivo (ETc), así como el producto de la evapotranspiración de referencia (ETo) y el coeficiente de cultivo (Kc). La ETo se calculó a partir de la radiación solar (Fernández et al., 2008) medida (tratamiento control) y a partir de las predicciones del estado de cielo (ec. 1, tratamiento predicciones). En general, en los días nublados el riego calculado en base a las predicciones del EC (tratamiento predicciones) fue superior a las necesidades de riego reales del cultivo (Figura 3), siendo la sobreestimación máxima del riego de 0,86 mm día-1. Por el contrario, la infraestimación de la radiación solar condujo a una infraestimación máxima del riego de 0,54 mm día-1. Los aportes de riego excedentarios en algunos días compensaron los aportes inferiores a las necesidades del cultivo en el tratamiento predicciones, lo que resultó finalmente en aportes de riego similares en el ciclo de cultivo (Tabla 2), así como la producción total y comercial.

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Figura 3. Evolución de la dosis de riego estimada usando la radiación solar medida (tratamiento control) y la estimada a partir de las predicciones del estado del cielo con un horizonte de predicción de dos días (tratamiento predicciones)

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Tabla 2. Producción total, comercial de un cultivo de pepino y volumen de riego calculado usando los datos climáticos medidos (tratamiento control) y las predicciones meteorológicas (tratamiento predicciones) de la AEMET.

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Mª Dolores Fernández Fernández
Estación Experimental Cajamar

Referencias:

Cabrera F.J., Bonachela S., Fernández Mª.D., Pérez-García M., Granados Mª.R., López J.C., Meca D.E. 2016. Uso de predicciones meteorológicas para estimar la evapotranspiración de cultivos hortícolas en un invernadero mediterráneo. II Simposio Nacional de Ingeniería Hortícola. Automatización y TICs en la agricultura, SECH, Almería, España. Actas de Horticultura 72: 95.

Fernández M.D., Céspedes A., González A.M. 2008. PrHo V. 2.0: Programa de Riego para cultivos Hortícolas en invernadero. Documento Técnico. Ed. Fundación Cajamar, Almería, España, 78 pp. https://www.publicacionescajamar.es/publicacionescajamar/public/pdf/series-tematicas/centros-experimentales-las-palmerillas/prho-v-20-programa-de-riego-para.pdf

Hargreaves, G.H., Samani, Z.A., 1982. Estimating potential evapotranspiration. J. Irrig. Drain. Eng. 108, 225–230.

Hargreaves, G.H., Samani, Z.A., 1985. Reference crop evapotranspiration from temperature. Appl. Eng. Agric. 1(2), 96–99.

Paredes, P., Pereira, L.S., 2019. Computing FAO56 reference grass evapotranspiration PM–ETo from temperature with focus on solar radiation. Agric. Water Manage. 215, 86−102.