ÍNDICE DE ESTRÉS HÍDRICO DEL CULTIVO DE TOMATE DE

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ÍNDICE DE ESTRÉS HÍDRICO DEL CULTIVO DE TOMATE DE CÁSCARA (Physalis ixocarpa Brot.) R. López- López1; R. Arteaga-Ramírez2; M. A. Vázquez-Peña3; I. L. López-Cruz2; I. Sánchez-Cohen1; A. Ruiz-García2 1 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Km 1 Carretera Huimanguillo-Cárdenas. Huimanguillo, Tabasco, MÉXICO. Correo-e: [email protected] ( ¶ Autor responsable). 2 Postgrado en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua. Universidad Autónoma Chapingo. Km 38.5 Carretera México-Texcoco. Chapingo, Estado de México. C. P. 56230. MÉXICO. Correo-e: [email protected] 3 Departamento de Irrigación. Universidad Autónoma Chapingo. Km 38.5 Carretera México-Texcoco. Chapingo, Estado de México. C. P. 56230. MÉXICO. Correo-e: [email protected]

RESUMEN El uso de la termometría infrarroja para medir el índice de estrés hídrico de cultivos (IEHC) es una herramienta confiable en la programación de riegos, combinado con sistemas eficientes de riego permiten maximizar la productividad de cultivos. Los objetivos del trabajo fueron determinar el IEHC en tomate de cáscara (Physalis ixocarpa Brot.) producido con riego por goteo, su relación con láminas de riego y acolchado plástico en la programación del riego y predicción del rendimiento de frutos. El diseño experimental fue completamente al azar con tres repeticiones. Se estudiaron los efectos de cinco láminas de riego (reposición del 40, 60, 80, 100 y 120 % de la evapotranspiración de referencia de Penman-Monteith (ET0). El IEHC fue calculado a partir de mediciones de temperatura del cultivo y del aire, y de la humedad relativa con una pistola de rayos infrarrojos. Después el déficit de presión de vapor (DPV) se estimó. La ecuación que define el límite inferior del IEHC expresa la relación entre el DPV y la diferencia de temperatura del cultivo y del aire (Tc-Ta). Cuando el cultivo transpira, esta relación es: Tc -Ta = 1.21 - 131 DPV (r2 =0.68, P<0.01, n=42) y el límite superior fue de 2.8 °C, cuando el cultivo no transpira. El rendimiento de frutos se correlacionó directamente con valores promedios de IEHC y se obtuvo la ecuación lineal: Y = 52.53-69.7IEHC (r2 = 0.65, P<0.01 y n = 30). Los modelos que predicen el IEHC a partir de la lámina de riego y efecto de acolchado plástico se ajustan con r2 de 0.87 a 0.96, P<0.01 y n=30. El IEHC aumenta linealmente cuando disminuye el potencial del agua. PALABRAS CLAVE ADICIONALES: riego por goteo, programación del riego, predicción de rendimiento, acolchado plástico, potencial mátrico, evapotranspiración de referencia.

CROP WATER STRESS INDEX FOR HUSK TOMATOES (Physalis ixocarpa BROT.) ABSTRACT The infrared thermometer used to measure crop water stress index (CWSI) is a reliable tool for irrigation scheduling, which, combined with efficient irrigation systems can maximize crop productivity. A study was conducted to determine the crop water stress index in husk tomato, or tomatillo, (Physalis ixocarpa Brot.) under a drip irrigation system, its relationship with irrigation depth and plastic mulch in scheduling irrigation and predicting fruit yield. The experiment design was completely randomized with three replicates. Treatments consisted of five irrigation depths (replacement of 40, 60, 80, 100 and 120 % of the reference evapotranspiration estimated by the Penman-Monteith method). CWSI was estimated using infrared radiation gun measurements of canopy temperature, air temperature, and relative humidity, and water vapor pressure deficit was calculated. The equation which defines the lower limit expresses the relationship between vapor pressure deficit (VPD) and temperature difference (crop and air (Tc-Ta)). When the crop transpires, the relationship is: Tc -Ta = 1.21 - 131 DPV (r2 = 0.68, P <0.01, n = 42), and the upper limit (stressed) was 2.8 °C, when Recibido: 2 de diciembre, 2008 Aceptado: 21 de julio, 2009

Revista Chapingo Serie Horticultura 15(3): 259-267, 2009.

260 transpiration stops. Fruit yield showed a positive linear correlation with average CWSI values: Y = 52.53-69.7CWSI, (r2 = 0.65, P<0.01 and n=30). Prediction models of CWSI and means of the effect of irrigation water and plastic mulch were fit with r2 = 0.87 to 0.96, P<0.01 and n=30. The CWSI increases linearly when the soil water potential decreases. ADDITIONAL KEY WORDS: drip irrigation, irrigation scheduling, yield prediction, plastic mulch, drip irrigation, matric potential, reference evapotranspiration.

INTRODUCCIÓN La programación del riego tiene como objetivo establecer las láminas y fechas apropiadas a lo largo del ciclo fenológico de un cultivo. El riego debe considerar diversos factores, como los requerimientos hídricos y las características de crecimiento propias de la especie y variedad, la demanda evaporante de la atmósfera, y las condiciones fisicoquímicas y biológicas del suelo que determinan su capacidad de retención de agua ya que, junto con la profundidad del sistema radical efectivo, determinan la cantidad de agua posible de ser utilizada en el proceso evapotranspirativo del cultivo. Diversos enfoques y métodos para la programación del riego en cultivos se han usado en diferentes países: medición directa e indirecta de la humedad del suelo, mediciones del estado energético del agua en el suelo, estimaciones de la demanda atmosférica y, en condiciones experimentales, determinaciones del potencial hídrico de las plantas (Buchner et al., 1994) o termometría infrarroja (Giuliani et al., 2001). Idso et al. (1981) desarrollaron el método empírico del índice de estrés hídrico para la cuantificación de la tensión de humedad en los cultivos en regiones áridas, el cual depende de la determinación de las líneas base sin y con estrés hídrico. Las líneas base son específicas del cultivo y están influenciadas por el clima (Bucks et al., 1985). Jackson et al. (1981) modificaron el IEHC incluyendo: el déficit de presión del vapor (DPV), la radiación neta (Rn) y la resistencia aerodinámica (ra) para obtener una mejor predicción teórica de los efectos del clima sobre la temperatura del cultivo. Esta aproximación es mejor que el método empírico, especialmente en climas húmedos (Keener y Kircher, 1983).

pletamente, no hay estrés hídrico y la temperatura de la hoja oscila de 1 a 4 °C menos que la temperatura ambiental; en este caso el IEHC es cero. Cuando la transpiración decrece, la temperatura de la hoja asciende y puede alcanzar de 4 a 6 °C más que la temperatura del aire. En este caso, el déficit hídrico es alto, y la transpiración de las hojas se ve drásticamente reducida con el incremento de la temperatura foliar; cuando la planta está muerta o no transpira en mucho tiempo el IEHC es uno (Jackson et al., 1982). Los objetivos del presente trabajo fueron: i) determinar los límites inferior y superior del IEHC para el cultivo de tomate de cáscara en la programación del riego, ii) conocer el efecto de la lámina de riego y el acolchado plástico en diferentes etapas fenológicas del cultivo en el índice de estrés hídrico para obtener modelos de predicción y iii) conocer el efecto del IEHC sobre el rendimiento de frutos del cultivo para la estimación del mismo y su relación con el potencial del agua en el suelo.

MATERIALES Y MÉTODOS El estudio se realizó en el Campo Experimental de la Estación Meteorológica de la Universidad Autónoma Chapingo, situado geográficamente entre las coordenadas 19° 16’ 52" latitud norte y 99° 39’ 0" longitud oeste y altitud de 2,240 m. Se cultivó tomate de cáscara con sistema de riego por goteo durante el periodo comprendido entre los meses de marzo a junio de 2007. El clima de la localidad es del tipo Cb(Wo)(W)(i’)g, que corresponde a un templado suhhúmedo con lluvias en verano, una época seca en invierno y con poca oscilación térmica (entre 5 y 7 °C). La temperatura media anual es de 15.5 °C, mayo es el mes más caliente y enero el más frío. La precipitación media anual es de 664 mm.

El método del IEHC ha tenido un gran uso práctico dentro de la programación del riego de cultivos en regiones áridas y semiáridas (Calado et al., 1990; Itier et al., 1993; Anconelli et al., 1994; Jones, 1999; Orta et al., 2003; Yuan et al., 2004; Simsek et al., 2005; Erdem et al., 2005). Esto se debe principalmente a que los sensores requeridos para utilizarlo son de fácil manejo. En la agricultura de riego, el costo económico y ecológico del agua es alto si se considera la incertidumbre en su disponibilidad acrecentada por el cambio climático, de ahí que el costo de los sensores para cuantificar las variables climáticas y el estrés hídrico puede justificar la inversión (Feldhake et al., 1997).

El material vegetal que se utilizó fue una familia de medios hermanos maternos (F3) obtenida a partir de la variedad “CHF1-Chapingo” de la Universidad Autónoma Chapingo. La siembra de semillas para la producción de plántulas se realizó el 24 de febrero de 2007, en charolas de poliestireno de 200 cavidades, el sustrato utilizado fue peat moss más vermiculita (1:1), el trasplante fue realizado el 30 de marzo (día juliano=89) y la fecha de la última cosecha fue el 30 de junio (día juliano=181). El arreglo de plantación fue de 1.5 m entre hileras y 0.45 m entre plantas, obteniéndose una densidad de 14,815 plantas·ha-1.

Cuando un cultivo presenta estrés hídrico, los estomas se cierran y la transpiración decrece por lo que la temperatura de la hoja se incrementa. Cuando una planta transpira com-

Las características físicas del suelo determinadas en campo fueron: textura franca arcillosa; densidad aparente de 1.25 y 1.35 g·cm-3 a las profundidades de 10 y 30 cm,

Índice de estrés...

261 -3

respectivamente; la densidad real de 2.35 g·cm a los 10 cm y 2.39 g·cm-3 a los 30 cm de profundidad; el porcentaje de humedad a capacidad de campo fue de 29.6 % y el punto de marchitez permanente de 16.5 %. El espacio poroso o contenido volumétrico de humedad a saturación varía de 0.47 cm3·cm-3 a los 10 cm de profundidad y 0.43 cm3·cm-3 a los 30 cm.

los datos obtenidos para generar un reporte instantáneo del estado en que se encontraba el cultivo; indicó si estaba demasiado húmedo, seco o dentro de los límites aceptables. Las mediciones se realizaron entre 12:00 y 15:00 horas, en días despejados. El IEHC se calculó con la expresión propuesta por Idso (1981) y Jackson et al. (1981):

La evapotranspiración de referencia (ET0) se calculó con la ecuación de Penman-Monteith (Allen et al., 1998):

ET0 =

0.408 Δ (Rn − G ) + γ

u 2 (es − ea ) T + 273 Δ + γ (1 + 0.34 u 2 )

CWSI =

900

1

donde Rn es la radiación neta en la superficie del cultivo (MJ·m-2·d-1); G es la densidad de flujo de calor del suelo (MJ·m-2 d-1); T es la temperatura media diaria del aire (°C); u2 es la velocidad del viento a 2 m de altura (m·s-1); es es la presión de vapor a saturación (kPa); ea es la presión de vapor actual (kPa); U es la pendiente de la curva de presión de vapor (kPa °C-1) y γ es la constante psicrométrica (kPa °C-1). El diseño experimental fue un factorial 5 x 2, con cinco niveles de lámina de riego: 40, 60, 80, 100 y 120 % de la ET0, los cuales fueron codificados para el análisis estadístico como: 0, 1, 2, 3 y 4 respectivamente y dos niveles de acolchado plástico; sin y con, codificados como 0 y 1 respectivamente. Los tratamientos fueron distribuidos en un diseño completamente al azar con tres repeticiones. La unidad experimental fue de 10 hileras de 35 m de longitud separadas, en donde se asignó un tratamiento.

( dT − dTl ) ( dTu − dTl )

donde dT es la diferencia medida entre la temperatura del aire y del cultivo; dTu es el límite superior de las temperaturas del aire menos la temperatura del follaje (cultivo sin transpiración); y dTl es el límite inferior de las temperaturas del aire menos la temperatura del follaje (cultivo bien regado). Para determinar el límite superior e inferior en la ecuación del IEHC, se usó el método desarrollado por Idso et al. (1981) que considera los cambios en los límites superior e inferior debido a la variación del déficit de presión de vapor (ecuación 3): DPV = es - ea

El método de riego fue por goteo con cintas, el cual fue evaluado con una eficiencia de uniformidad de 92 % según el método de Karmeli y Keller (1975). Las características nominales son: diámetro interno de 16 mm, flujo de 1 litro·h-1, espacio entre emisores de 0.3 m, y presión máxima de 12 m de columna de agua. Con la pistola de monitoreo ambiental equipado con un sensor que mide la radiación en la banda del infrarrojo emitida por los cuerpos hacia donde se apunta. Se realizaron las siguientes mediciones: temperatura del cultivo, temperatura del aire y la humedad relativa, con las cuales se determinó el IEHC. El microprocesador interno analizó

3

donde es es la presión de vapor a saturación para una temperatura del aire dada; y ea es la presión de vapor actual (presión parcial de vapor de agua en la atmósfera). La humedad relativa se estimó mediante la ecuación (4) HR =

ea

100

es

El acolchado plástico de color plateado y negro se instaló a la mitad de cada unidad experimental correspondiente a una válvula. Las características del plástico son: ancho de 1.2 m, para una cama de 60 cm, perforación parcial con diámetro de 6.3 cm y espaciamiento de 45 cm. La instalación se hizo con la acolchadora mecánica que contiene dispositivos para construir la cama, fertilizar, tirar la cinta y colocar el plástico.

2

4

La presión de vapor de agua a saturación (es) es la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener el aire a una temperatura (T en °C) dada y se calculó con la ecuación 5 (Allen et al., 1998):

⎡ 17.27 T ⎤ es (T ) = 0.611 exp ⎢ ⎣ T + 237.3 ⎥⎦

5

La presión de vapor actual se obtuvo despejando ea en la ecuación 4, así como usando la humedad relativa y la temperatura del cultivo medidas con la pistola de rayos infrarrojos. Los parámetros de la regresión lineal o del límite inferior (ecuación 6a) se determinaron a partir de los tratamientos de 120 % de la lámina de riego con y sin acolchado plástico, es decir, al considerar donde las temperatura del cultivo fueron menores que la temperatura del aire, lo cual indicó un cultivo con transpiración, sin estrés hídrico y bien regado. El límite superior (ecuación 6b) se obtuvo a partir de las mediciones realizadas en el tratamiento Revista Chapingo Serie Horticultura 15(3): 259-267, 2009.

262 de 40 % de la lámina de riego sin acolchado plástico, porque el cultivo fue severamente estresado con problemas de transpiración y la temperatura del cultivo fue mayor que la temperatura del aire.

dTl = a + b (DPV )

6a

dTu = a + b(es [Ta ] − es [Ta + a ])

6b

donde a es el valor del intercepto y b es la pendiente de la ecuación; es (Ta) es la presión de vapor a saturación a la temperatura del aire (kPa). Con el propósito de encontrar una relación entre el índice de estrés y el rendimiento del cultivo, se hicieron análisis de regresión. Así fue posible seleccionar las funciones con mayores coeficientes de correlación (r) y determinación (r2). Para relacionar el índice de estrés hídrico con el potencial del agua del suelo se colocaron sensores watermark con medidor electrónico de lectura digital entre 0 y 200 kPa a dos profundidades: 10 y 30 cm por tratamiento. Las lecturas se hicieron diariamente antes de la aplicación del riego entre las 8 y 9 horas. Una vez obtenidos los datos promedio del IEHC para las diferentes etapas del cultivo en días soleados, así como el rendimiento de frutos y el potencial mátrico por tratamiento y por factores, se hicieron análisis de varianza y prueba de medias (Tukey P≤0.05), para comparar los tratamientos. El análisis de correlación se realizó para las variables continuas: rendimiento de frutos e índice de estrés hídrico. Después se realizaron análisis de regresión simple y múltiple.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Límite inferior y superior del Índice de Estrés Hídrico del cultivo Debido a que la pistola de rayos infrarrojos para medir el índice de estrés hídrico requiere días soleados y el método sugiere que sea la misma hora (de 12 a 15 horas), es decir, cuando la demanda hídrica del cultivo es alta, se tomaron datos para todos los tratamientos los días: 123, 136, 145, 147, 152, 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167 y 178. Se inició el día 123 porque a partir de esta fecha se observó el efecto de la lámina de riego y el acolchado plástico en el estrés hídrico del cultivo. De acuerdo con el método propuesto por Idso et al. (1981), en la Figura 1 se presentan los parámetros que definen los limites inferior y superior del IEHC. La ecuación que define el límite inferior del IEHC es: Tc -Ta = 1.21 1.31DPV (r2 =0.68, P<0.01, n=42), donde Tc-Ta está en °C, y el DPV en kPa. Idso (1982) reportó la siguiente relación para límite inferior en el cultivo de jitomate Tc - Ta = 2.86 1.96DPV. Para el cultivo de maíz, Irmak et al. (2000) Índice de estrés...

encontraron la relación: Tc - Ta = 1.39 - 0.86DPV. Se observa que las relaciones son diferentes, lo cual concuerda con los resultados obtenidos por Bucks et al. (1985) quienes señalan que los valores del intercepto y la pendiente varían de acuerdo con el clima, tipo de suelo y especie cultivada. La línea inclinada (Figura 1) representa la línea base sin estrés hídrico, es decir la diferencia entre la temperatura del aire y del cultivo durante periodos en que hubo un adecuado suministro de agua, a diferentes DPV; en este caso, se supone que los estomas se encontraban abiertos y que la diferencia estuvo en función del DPV, puesto que un aumento de éste implica un incremento del poder secante de la atmósfera y por ende de la transpiración de las plantas. La línea horizontal (límite superior, Figura 1) es la diferencia de la temperatura del aire y del cultivo asociada a períodos de mayor estrés (con limitaciones de agua), cuando no existe transpiración. El valor promedio fue de 2.8 °C con n=25. Para el cultivo de maíz, Irmak et al. (2000) determinaron un valor promedio de 4.6 °C, valor mayor al del presente estudio, el cual significa que el tomate de cáscara es más sensible a un posible estrés hídrico que el maíz. Un DPV igual a cero indica que el aire contiene el máximo vapor de agua posible (humedad relativa=100 %). El límite inferior del IEHC cambia como una función de la presión de vapor debido al DPV. El IEHC varía entre 0 y 1 cuando las plantas se someten a condiciones apropiadas de riego hasta condiciones totalmente de estrés hídrico. El límite inferior en este trabajo se desarrolló en un rango de DPV de 0.3 a 4.0 kPa. Gardner y Shock (1989) sugieren que es necesario que el rango del DPV varíe de 1 a 6 kPa para definir la línea base que puede ser usada en otras localidades. El cálculo de el IEHC en forma gráfica (Figura 1) se puede realizar a partir de la siguiente relación: IEHC=AC/ BC, donde el punto A es la diferencia entre las temperaturas de la hoja menos la del aire en el momento de medición, el punto B es la diferencia de temperatura máxima entre la

FIGURA 1. Límite inferior (A-C) y superior del cultivo (B-C) de tomate de cáscara para la determinación del índice de estrés hídrico del cultivo. S= Desviación estándar.

263 hoja y el aire (límite superior) y el punto C, la diferencia mínima (límite inferior) en las condiciones de DPV en las cuales se realizó la medición de temperatura de la hoja y aire (A). Por lo tanto, el IEHC está determinado por la distancia relativa entre la línea inferior (A-C) que representa las condiciones sin estrés y la línea superior (B-C) donde no hay transpiración. Por ejemplo, se considera que el punto A tiene un valor de Tc-Ta igual que 1.4 °C correspondiente a un valor de DPV igual que 2.0 kPa. A partir de la definición de Idso (1981), la distancia entre el punto A y el límite inferior (C) es 2.8 °C y la distancia entre el límite superior e inferior en 2.0 kPa es 4.2°C. De esta manera, el IEHC es igual que la razón de ambas distancias relativas 2.8/4.2=0.66. Esto significa que una diferencia de temperaturas de 1.4 °C entre el cultivo y el aire, puede originar problemas de estrés hídrico en el cultivo. La termometría infrarroja para calcular el IEHC puede utilizarse en la programación de riegos del cultivo. Diversos investigadores han obtenido los parámetros del límite inferior y superior de otros cultivos (Idso, 1982; Jones et al., 1997; Orta et al., 2003; Erdem et al., 2005).

Efecto de la lámina de riego y acolchado plástico en el índice de estrés hídrico El análisis de varianza mostró que existen diferencias altamente significativas (P<0.01), del efecto de la lámina de riego en el IEHC en las diferentes etapas de desarrollo del cultivo, y no así para el efecto de acolchado plástico, siendo únicamente significativo para la etapa de maduración (M), en los días 161 y 165; el efecto de interacción, fue no significativo (P>0.05) en las diferentes etapas de desarrollo del cultivo. De acuerdo con el análisis de comparación de medias (P<0.05) el acolchado presenta un promedio de 0.15 a 0.2 en la etapa vegetativa (V), mientras que sin acolchado se obtuvo un valor promedio de 0.21 a 0.26 (Cuadro 1). En las etapas reproductiva (R) y de maduración los valores promedio varían de entre 0.14 a 0.28 con acolchado y de 0.27 a 0.33 sin plástico (Cuadro 2). En el Cuadro 2 se presenta la relación de las láminas de riego con el IEHC. En general, se puede notar que el tratamiento de 40 % de la lámina de riego, presenta los valores más altos de IEHC en las diferentes etapas de

CUADRO 1. Efecto del acolchado plástico en el índice de estrés hídrico en diferentes etapas de desarrollo del cultivo de tomate de cáscara. Acolchado

Índice de estrés hídrico del cultivo (IEHC) V 123 (3-05-07)y

R.145 (25-05-07)

M.178 (27-06-07)

Sin Acolchado(0)

0.21 a

0.21 a

0.33 az

Con Acolchado(1)

0.20 a

0.15 a

0.28 a

MEDIA

0.21

0.18

0.30

DSH

0.085

0.064

0.084

CME

0.012

0.007

0.012

CV(%)

54.15

45.76

36.38

z

Valores con la misma letra dentro de columna son iguales de acuerdo con la prueba de Tukey a una P≤0.05. y La notación V 123 (3-05-07) indica que V es la etapa vegetativa, 123 el día juliano y (3-05-07) la fecha correspondiente al día, mes y año. DSH: Diferencia Significativa Honesta. CME: Cuadrado Medio del Error. CV: Coeficiente de Variación.

CUADRO 2. Efecto de la lámina de riego en el índice de estrés hídrico en diferentes etapas de desarrollo del cultivo de tomate de cáscara. Lámina de riego

Índice de estrés hídrico del cultivo (IEHC) V 123 (3-05-07)y

R 145 (25-05-07)

M 178 (27-06-07)

40 (0)

0.40 a

0.37 a

0.53 az

60 (1)

0.17 b

0.22 b

0.42 ab

80 (2)

0.38 a

0.12 b

0.32 bc

100 (3)

0.08 b

0.10 b

0.11 cd

120 (4)

0.0 b

0.10 b

0.15 d

MEDIA

0.21

0.18

0.30

DSH

0.19

0.14

0.19

CME

0.012

0.007

0.012

C.V. (%)

54.15

45.76

36.38

z

Valores con la misma letra dentro de columna son iguales de acuerdo con la prueba de Tukey a una P≤0.05. y La notación V 123 (3-05-07) indica que V es la etapa vegetativa, 123 el día juliano y (3-05-07) la fecha correspondiente al día, mes y año. DSH: Diferencia Significativa Honesta. CME: Cuadrado Medio del Error y CV: Coeficiente de Variación. Revista Chapingo Serie Horticultura 15(3): 259-267, 2009.

264 desarrollo del cultivo y es estadísticamente diferente al resto de los niveles. Los valores más bajos de IEHC se obtuvieron con las láminas de riego de 100 y 120 % de la ET0, siendo estadísticamente iguales que los niveles de 60 y 80 % de la ET0. Esto es debido a que se tuvo un suministro hídrico normal durante el ciclo del cultivo. A medida que disminuye la disponibilidad de agua para la planta, el índice aumenta hasta 0.7 en el tratamiento con restricciones severas de riego (40 %) sin acolchado plástico. Las funciones que relacionan el índice de estrés hídrico con las láminas de riego y acolchado plástico fueron las siguientes. En la etapa vegetativa con r2=0.74, CME=0.025 y n=30: 2

IEHC v = 0.73 − 0.135( a ) − 0.418(b ) + 0.061(b ) + 0.037 ( ab )

7

en la etapa reproductiva con r2=0.66, CME=0.007 y n=30: 2

IEHCr = 0.40 − 0.06( a ) − 0.18(b) + 0.029(b ) + 0.0003( ab)

8

y finalmente para la etapa de maduración con r2=0.62, CME=0.020 Y n=30: 2

IEHC m = 0.59 − 0.267 ( a ) − 0.232(b ) + 0.028(b ) + 0.52( ab )

9

donde a es el efecto del acolchado plástico; b representa la lámina de riego de Penman-Monteith; y ab es el efecto de interacción del plástico con la lámina de riego. Los coeficientes de determinación (r2) son aceptables, e indican que los modelos predicen en forma aceptable el IEHC y los cuadrados medio del error son relativamente pequeños. En las Figuras 2a, 2b y 2c se presentan las relaciones de las láminas de riego y el acolchado plástico con el IEHC, para las etapas vegetativa, reproductiva y maduración, respectivamente. Se grafican las ecuaciones 7, 8 y 9 sustituyendo el valor de 0 sin acolchado y 1 con acolchado y los valores de 0, 1, 2, 3 y 4 correspondientes a la reposición de las láminas de riegos: 40, 60, 80, 100 y 120 %, respectivamente. Los modelos exponenciales se generaron a partir de los valores observados de los promedios obtenidos del IEHC sin y con acolchado plástico. La relación entre el índice de estrés hídrico y la lámina de riego es negativa y exponencial, a medida que la lámina de riego aumenta el IEHC disminuye hasta llegar a 0 cuando se aplica el 100 o 120 % de la ET0. Las diferencias entre con y sin acolchado plástico, en las diferentes etapas fenológicas, indican que el valor de IEHC con acolchado es menor que sin acolchado plástico. Esto se debe principalmente a la reducción de la evaporación del suelo en los tratamientos con plásticos. Al respecto, Simsek et Índice de estrés...

FIGURA 2. Estimación del índice de estrés hídrico en el cultivo de tomate de cáscara en las etapas: a) vegetativa, b) reproductiva y c) maduración del cultivo, sin (SA) y con acolchado plástico (CA) a partir de la lámina de riego calculada con la ET0 de Penman-Monteith.

265 al. (2005) observaron que cuando disminuye la lámina de riego, la tasa de transpiración del cultivo también disminuye dando por resultado aumentos de temperaturas del cultivo y del IEHC; esto resulta en una disminución del rendimiento del cultivo. La predicción del IEHC en la etapa vegetativa se puede realizar mediante la función exponencial: y=2.1e-1.0x con r2= 0.96 determinada a partir de los valores promedios asociados al efecto de la lámina de riego del día 136, es decir, considerando los valores obtenidos con y sin acolchado plástico. Para la etapa reproductiva se obtuvo la función exponencial y=0.44e-0.34x con r2= 0.87 determinada con base en los datos promedios observados del día 145 y en la etapa de maduración resultó la función y=0.82e-0.53x con r2= 0.95, determinada de acuerdo con los valores promedios observados en el día 165 (Figuras 2a, 2b y 2c). El umbral de IEHC varía de acuerdo con el uso o no de acolchado plástico. En general, se puede notar que con la lámina de riego calculada con el 60 % de la ET0 se puede evitar el estrés hídrico del cultivo, tanto con y sin acolchado plástico. Efecto del índice de estrés hídrico en el rendimiento de frutos El rendimiento de fruto se correlacionó directamente con valores promedio de IEHC en las diferentes etapas fenológicas del cultivo, tanto en los tratamientos con acolchado como sin acolchado. Así, la relación con mayor valor de r=-0.81 y significancia (P<0.01) es Y=52.5369.7IEHC con una r2 de 0.65 y n=30. Esto significa que cuando el IEHC es igual que cero, el rendimiento de frutos es de 52.53 t·ha-1, y a medida que el IEHC se incrementa hasta 0.7, el rendimiento se reduce hasta en 3.74 t·ha-1. Al respecto, Reginato (1983) y Howell et al. (1984) encontraron relaciones lineales entre el rendimiento y el IEHC promedio en el cultivo de algodón. Idso (1981) y Abdul-Jabbar et al. (1985) encontraron una relación lineal para el cultivo de alfalfa (Medicago sativa L.). Irmak et al. (2000) encontraron que un polinomio cuadrático puede ser usado para predecir el rendimiento potencial del cultivo de maíz a partir del IEHC.

FIGURA 3. Rendimiento de frutos del tomate de cáscara (t·ha-1); a) sin y b) con acolchado plástico como una función lineal del índice de estrés hídrico del cultivo.

La Figura 3a muestra la ecuación sin acolchado: Y=31.9-24.88(IEHC) con una r2 de 0.63 y n=15 y la Figura 3b presenta la relación con acolchado: Y=63.4-46.1(IEHC) con una r2 de 0.45 y n=15. Estas funciones indican que el rendimiento del cultivo comienza a decrecer cuando el IEHC presenta cualquier valor diferente de cero. Cuando IEHC=0.3, el rendimiento de frutos de tomate de cáscara disminuye a 24.4 t·ha-1 en los sistemas sin acolchado, y se reduce a 49.6 t·ha-1 con acolchado plástico. La diferencia de 25.1 t·ha-1 es a favor del acolchado. Gardner et al. (1992) reportaron que los cultivos de maíz, trigo y algodón toleran un IEHC mayor a valores de 0.2 a 0.3 sin reducir significativamente el rendimiento económico de los cultivos.

El IEHC aumentó con el déficit de humedad en el suelo, especialmente en los tratamientos sin acolchado plástico. Las ecuaciones lineales obtenidas para predecir el IEHC a partir del potencial del agua en el suelo (PA) fueron: IEHC=0.065+.009(PA) con r2= 0.74, para 10 cm de profundidad y IEHC=0.2+.002(PA) con r2= 0.64, a 30 cm de profundidad. El IEHC aumenta linealmente cuando disminuye el potencial mátrico, es decir, cuando el suelo se seca en forma gradual (Figuras 4a y 4b). Resultados similares fueron obtenidos por Erdem et al. (2005), quienes demostraron que los valores del IEHC se incrementaron con la disminución del contenido de humedad del suelo, aunque los valores del IEHC disminuyeron después del riego. Así también, Reginato y Garrot (1987) y Carcova et al. (1998) relacionaron el IEHC con la disponibilidad del agua en el suelo.

Los valores promedio del IEHC variaron de acuerdo con el contenido de humedad del suelo inducido por las

láminas de riego. Con la lámina de riego del 100 % de la ET0 resulta un valor observado de IEHC=0.15, el cual produce un rendimiento de 28.2 t·ha-1 sin acolchado plástico, y de 56.5 t·ha-1 con plástico. Al respecto, Orta et al. (2003) también encontraron que el rendimiento más alto y un uso eficiente del agua en el cultivo de sandía se tienen en condiciones de reposición del 100 % de la humedad del suelo consumida por evapotranspiración y aumento del IEHC con el déficit creciente del agua en el suelo. Efecto del potencial del agua en el suelo sobre el índice de estrés hídrico del cultivo

Revista Chapingo Serie Horticultura 15(3): 259-267, 2009.

266 estado hídrico de las plantas cuando los sensores se colocan a la profundidad donde la zona radical es más activa con base en la etapa fenológica del cultivo.

CONCLUSIONES El uso de la termometría infrarroja para calcular el IEHC es una técnica confiable de monitoreo en la programación de riegos a partir de la ecuación determinada del límite inferior y superior en el cultivo de tomate de cáscara. Su uso en la etapa inicial del cultivo se limita debido al tamaño del dosel. Los valores de IEHC cercanos a cero correspondieron a los tratamientos en que se repuso la totalidad de la lámina de riego (100 y 120 % de la ET0) durante el ciclo del cultivo. A medida que disminuyó la disponibilidad de agua para la planta, el índice aumentó hasta 0.7 en el tratamiento con restricciones severas de riego (40 % ET0) sin acolchado plástico. Los modelos que predicen el IEHC a partir de la lámina de riego se ajustan aceptablemente a los valores observados del IEHC.

FIGURA 4. Estimación del índice de estrés hídrico del cultivo a partir del potencial del agua en el suelo, a) en la profundidad de 10 cm y b) profundidad de 30 cm.

El efecto del potencial matricial del suelo en el IEHC presenta diferencias entre las profundidades de 10 y 30 cm de acuerdo con los modelos lineales obtenidos. A la profundidad de 10 cm se puede observar que cuando el potencial varía entre -10 y -30 kPa, el IEHC alcanza valores de 0.15 y 0.33, respectivamente. Mientras que en la profundidad de 30 cm, con los mismos valores del potencial matricial, resultaron IEHC de 0.22 y 0.26, respectivamente (Figuras 4a y 4b). Estas diferencias son más notorias, cuando disminuye el potencial hasta -50 kPa, pues se tiene un IEHC de 0.51 y 0.3 para 10 y 30 cm de profundidad, respectivamente. Para la calendarización del riego basada en la verificación rutinaria de la humedad del suelo en la zona radical durante el ciclo fenológico del cultivo, se considera mantener el suelo con humedad de -10 a -50 kPa. Así, el agua puede ser mejor aprovechada por la planta. El seguimiento de la evolución del contenido de agua en el suelo durante el ciclo del cultivo, con riego por goteo, permite determinar un límite superior fijado para evitar drenaje (-10 kPa) y, por lo tanto, el lavado de fertilizantes. El límite inferior (-50 kPa) representa el punto a partir del cual el cultivo sufre estrés hídrico. Lo anterior, indica que la medición del potencial del agua en el suelo puede ser un indicador del Índice de estrés...

El rendimiento de fruto se correlacionó directamente con valores promedios de IEHC (r=-0.81) y se obtuvo una relación lineal negativa. Estos modelos predicen en forma aceptable el rendimiento de fruto. El IEHC puede estimarse a partir del potencial del agua en el suelo (PA) a los 10 cm y 30 cm de profundidad. El IEHC aumenta linealmente conforme disminuye el potencial del agua en el suelo o se reduce su contenido de humedad.

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267 CÁRCOVA, J.; MADDONNI, A. G.; GHERSA, C. M. 1998. Crop water stress index of three maize hybrids grown in soils with different quality. Field Crops Research, Volume 55, Issues 1-2: 165-174 GARDNER, B. R.; SHOCK C. C. 1989. Interpreting the crop water stress index. ASAE Paper 89-2642. ASAE, St. Joseph, MI. GARDNER, B. R.; NIELSEN, D. C.; SHOCK, C. C. 1992. Infrared thermometry and the crop water stress index. I. History theory, and baselines, Journal Producction. Agricultural. 5: 462-466 ERDEM, Y.; ERDEM, A. T.; ORTA H.; OKURSOY H. 2005. Irrigation scheduling for watermelon with crop water stress index (IEHC). Journal of Central European Agriculture. Volume 6. No. 4: 449-460. FELDHAKE, C. M.; GLENN, D. M.; EDWARDS, W. M.; PETERSON, D. L. 1997. Quantifying drought for humid, temperate pastures using the Crop Water Stress Index (IEHC). New Zealand. Journal of Agricultural Research, Vol. 40: 17-23 GIULIANI, R.; MAGNANINI, E.; FLORE, J. A. 2001. Potential use of infrared thermometry for the detection of water deficit in apple and peach orchards. Acta Horticulturae (ISHS). 557: 38-43. HOWELL, T. A.; HATFIELD, J. L.; YAMADA, H; DAVIS, K. R. 1984. Evaluation of cotton canopy temperature to detect crop water stress. Trans. ASAE 27: 84-88. IDSO, S. B.; JACKSON, R. D.; PINTER, P. J.; REGINATO, R. J.; HATFIELD. J. L.1981. Normalizing the stress-degree-day parameter for environmental variability. Agricultural Meteorology: 24: 45-55. IDSO, S. B. 1982. Non-water-stressed baselines: a key to measuring and interpreting plant water stress. Agricultural Meteorology 27: 59-70. IRMAK, S.; HAMMAN D. Z.; BASTUG. R. 2000. Determination of Crop Water Stress Index for Irrigation Timing and Yield Estimation of Corn. Agronomy. Journal. 92: 1221-1227. ITIER, B.; FLURA, D.; BELABBES, K. 1993. AN ALTERNATIVE WAY FOR C.W.S.I. calculation to improve relative evapotranspiration estimates-results of an experiment over soybean. Acta Horticulturae (ISHS) 335: 333-340 http://www.actahort.org/ books/335/335_40.htm.

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