Evapotranspiracion (ETPc) en el pasto pangola (Digitaria decumbens STENT.)

La dinámica del estado energético del agua en el suelo y la planta y su principal mecanismo regulador, los estomas, medido por intermedio de la también dinámica resistencia difusiva, se relacionan con los niveles de producción y calidad de la materia seca de las gramíneas tropicales, indistintamente al hábito de crecimiento o a las estrategias de ocupación del suelo sobre el cual se desarrollan. Se hace entonces inevitable la inclusión de la discusión de los factores que, directa y/o indirectamente, afectan la condición energética del agua en el compartimiento suelo-planta-atmósfera y, desde un punto de vista ecofisiológico, no hay conceptualización biofísica más integradora de dichos factores, como lo es la evapotranspiración de los cultivos.

De acuerdo a la información obtenida por Novoa (1990) en un experimento realizado a nivel de campo en la Facultad de Agronomía de la Universidad Central de Venezuela, con el pasto pangola: sembrado en lisímetros ubicados en parcelas del mismo pasto como área buffel y sometido a dos frecuencias de corte (56 y 70 días), con riego en la época seca y fertilizada, la evapotranspiración de esta gramínea (Digitaria decumbens Stent), como cobertura de referencia, se relacionó muy estrechamente con los cambios de su biomasa después de ser desfoliada, así como también con los factores microclimáticos que caracterizaron el perfil de las plantas que se desarrollaron en ese determinado sitio ecológico o área experimental (las medidas de las variables evaluadas se efectuaron en tres períodos de tiempo cada día). Esta relación se manifiesta indistintamente del intervalo entre desfoliaciones y la época climática del año (sequía, lluvias y nortes a finales del año), correspondiendo los menores valores de evapotranspiración con la primera semana después del corte, cuando, obviamente, la superficie transpirante se hace prácticamente nula, debiendo corresponder los valores obtenidos en este momento, con los de la evaporación de la superficie del suelo cubierto por el mantillo y que, lógicamente, deben ser valores inferiores a los obtenidos desde una superficie libre de agua como el de la tina tipo “A”. La magnitud de la ETPc-pangola, obtenida a lo largo del período de crecimiento, difiere en función a las condiciones predominantes en cada época climática del año: comenzando con una mínima en sequía, lluvia y nortes, para las dos edades de corte, de 4,1-4,0; 2,8-3,5 y 3,4-3,5 respectivamente.

Las ETPc máximas se alcanzan en las plantas a edades cronológicas diferentes, pero fisiológicas semejantes tanto en la época seca como la lluviosa bajo un mismo régimen de desfoliación. Con desfoliaciones cada 56 días se obtiene entre la cuarta y sexta semana en sequía vs la segunda y tercera semana en la época de lluvias (con valores medios de 8,7 y 6,0 mm/d respectivamente), lo que podría atribuirse al típico crecimiento lento de las gramíneas forrajeras tropicales en la época seca cuando se riega o/y por el contrario, al rápido y exuberante crecimiento de estas plantas en la época lluviosa, lo cual se relaciona directamente a la obtención de un IAF óptimo a edades y en magnitudes diferentes, a partir del cual se comienza a afectar la superficie total efectivamente transpirante, según Campbell (1.977). En la época climática de los nortes, quizá influido por el alargamiento de los entrenudos y exposición de un área foliar transpirante importante motivado al proceso de inducción floral, los valores máximos de la ETPc (desfoliado cada 56 días) se prolonga por más tiempo, desde la cuarta a la séptima semana de edad, alcanzando un valor máximo de 7,7 mm/d para luego caer abruptamente en la octava semana de edad (cuadro 24 y gráfico 27); estos resultados, en particular para esta época climática, se corresponden con los reportados por Lal y Shukla en 1.985.

Cuando el pasto se maneja bajo regímenes de defoliación más alargados (cada 70 días), la ETPc máxima, en las distintas épocas climáticas, se alcanza a partir de la cuarta semana de edad, obteniéndose valores comparativamente menores a los reportados para los cortes más frecuentes, pero dichos máximos se prolongan por un mayor tiempo a lo largo del crecimiento indistintamente de la condición climática de que se trate(cuadro 24 y gráfico 28). Sin embargo, cuando se desfolia cada 56 días el uso del agua en sequía llega a los 142 mm, cantidad que es superior en un 20% a la usada cuando se desfolia cada 70 días. Muy probablemente esta diferencia se deba a que en este último caso las plantas son mantenidas por un mayor período de tiempo por debajo del IAF óptimo, con una superficie total transpirante inferior a la obtenida cuando se desfolia más frecuentemente, donde el área total de los poros estomáticos efectivamente transpirante es mayor. Esto podría traer implicaciones prácticas importantes en la planificación de políticas de riego más económicas en la época de sequía, al permitir el uso de menor cantidad de agua durante el crecimiento de las gramíneas forrajeras cuando estas se desfolian más infrecuentemente. Por lo que no sólo se debe alcanzar un compromiso entre la cantidad y calidad de la materia seca producida con la persistencia de la comunidad forrajera por medio del manejo de la frecuencia de corte, sino que también se podría pensar en la economía del agua como otro factor a considerar, especial en zonas donde dicho recurso es limitante, cuando se desea seleccionar con criterios agronómicos más precisos a la frecuencia de defoliación.

En el cuadro 25 y los gráficos 29 y 30 se aprecia la relación dinámica de la ETPc/Evaporación, en función al crecimiento de la pangola después de ser cortada bajo dos frecuencias de defoliación y en épocas climáticas diferentes (Novoa, 1990). Se observa que dicha relación se hace superior a la unidad aproximadamente a partir de la segunda semana de crecimiento, excepto bajo las condiciones climáticas de la época de los nortes, donde el valor de la ETPc se hace prácticamente igual al de la evaporación del agua desde una superficie libre, justamente en la primera semana de edad. Estos valores no se corresponden con los reportados por los técnicos de la FAO (1.975) para la misma frecuencia de riego. El valor de la relación se continúa incrementando paralelamente con el aumento del área activa transpirante, hasta alcanzar valores máximos aproximadamente a la sexta semana después del corte, independientemente de la frecuencia de defoliación usada en este experimento, donde debe alcanzarse un IAF óptimo, lo cual esta de acuerdo con lo reportado en pastos por los investigadores de la FAO (1.976).

Nota: E1=Cortes cada 56 días; E2=Cortes cada 70 días; ETPc=Evapotranspiración cultivo.

Ver nota de pie del cuadro 24.

Fuente: Novoa 1990.

Ver nota de pie del cuadro 24.

Fuente: Novoa, 1990.

Nota: E1=Cortes cada 56 días. E2=Cortes cada 70 días. ETPc=Evapotranspiración cultivo (mm/d) EVA=Evaporación desde una tina tipo “A” (mm/d).

Fuente: Novoa, 1990.

Ver nota de pie del cuadro 25.

Fuente: Novoa, 1990.

Ver nota de pie del cuadro 25.

Fuente: Novoa, 1990.

La ETPc media diaria obtenida en este experimento para cada edad de corte utilizada, así como todas las otras condiciones microclimáticas bajo las cuales se produjeron los resultados que se reportan, se presentan en los cuadros 26 y 27 en forma agrupada para cada lapso de observación diaria por época climática anual considerada como característica; además se anexan los valores de la relación ETPc/EVA.

Nota: PER=Período del día.

      Ppt=Precipitación total.

      EVA=Evaporación total desde una tina tipo "A".

      HR=Humedad relativa media.

      VV=Velocidad media del viento.

      PR=Punto de rocío medio.

      PSV=Presión de saturación de vapor medio.

      DSV=Déficit de saturación de vapor medio.

      ETPc=Evapotranspiración total cultivo.

      Tmin=Temperatura mínima media.

      Tmax=Temperatura máxima media.

      a=Totales diarios en el período climático (120 días).

      b=Media diaria.

Fuente: Novoa, 1990.

Nota: Ver pie del cuadro 26.

Fuente: Novoa, 1990.

En ellos se registran aspectos muy importantes como los siguientes:

1.-La ETPc diaria total se realiza casi exclusivamente durante el período de horas luz, evapotranspirándose más del 55% del total diario en el primer lapso del día (06:30-13:00) y más del 40% en el segundo lapso (13:00-18:00)indistintamente de la época climática que se trate. Solamente se registran pequeñas pérdidas de agua por esta vía en el tercer lapso de la época de sequía, ya que en las épocas de lluvias y nortes se produce una ganancia en el balance de agua del sistema por la vía del rocío (ver cuadros anteriores). En el gráfico 31 se expresan los valores de evaporación, ETPa y su relación total anual para los tres períodos de tiempo evaluados, vemos que el proceso de evaporación, se realiza durante las 24 horas del día, alcanzándose los menores valores durante el primer lapso, pasando por un máximo en el segundo para luego llegar a valores intermedios durante la noche de aproximadamente 1,7 mm. Estas variaciones cíclicas se cumplen independientemente de la condición climática media de las épocas consideradas y de la frecuencia de defoliación; dichos resultados, en términos relativos, concuerdan con los obtenidos por Key y colaboradores en San Nicolás (Key et al, 1.977).

2.-La velocidad del viento y la humedad relativa diaria muestran tendencias contrarias a lo largo del año, comenzando en sequía con las mayores velocidades del viento y las menores humedades relativas medias diarias, hasta llegar al final del año (nortes) donde se registraron las menores velocidades del viento, en contra de altos valores de la humedad relativa promedio diaria. Dichas tendencias son explicativas de las encontradas en el déficit de saturación de vapor de agua, el cual disminuye desde la sequía hasta los nortes, pasando por valores intermedios durante la época de lluvias. Los modelos de cambio diario de la velocidad del viento, del déficit de vapor de presión y de la humedad relativa pueden ser observados en los gráficos 32 y 33.

3.-Del total de la precipitación diaria ocurrida en cualquier época climática, aproximadamente el 70% se produce durante las noches o en el tercer lapso, alrededor de un 25% se registró en el segundo lapso y solo un 5% cayó en el primero (gráfico 34). Expresándose en la naturaleza la forma más eficiente del uso del agua, al producirse la condición energética de la misma a su nivel más favorable para su uso la mañana siguiente, cuando se hace máximo el tiraje transpirativo y, por supuesto, con los estomas de las hojas con su máxima apertura para facilitar el intercambio gaseoso en la función clorofiliana. Se justifica así el riego nocturno como el más eficiente en términos del uso del agua y producción de materia seca por parte de la planta forrajera.

4.-Se evidencia que el patrón diario de la ETPc es muy diferente al observado en la evaporación, lo que hace pensar en que si bien los principios físicos que rigen ambos procesos son los mismos, los fisiológicos, controlados en gran parte por la dinámica de la apertura estomática y la microclimática, condicionan en alto grado a la magnitud diferenciante entre los dos procesos. Esto explica el porque cualquier intento de relación entre estos dos procesos, adolece de precisión si no se conocen las condiciones microclimáticas y del cultivo para el cual dicha relación será usada (gráfico 31).

En este experimento en particular, ya se ha hecho referencia a la dinámica de la relación ETPc/EVA en función del estado de crecimiento del cultivo. Ahora en esta oportunidad, se analizará (cuadros 26 y 27) como varía dicha relación dependiendo de las condiciones microclimáticas de cada época del año en las dos edades de defoliación utilizadas. Se observa, para las épocas de sequía y norte, bajo las condiciones edáficas en que se llevó a cabo este experimento, que el total de la ETPc diaria fue superior al total diario evaporado en las dos frecuencias de corte experimentadas. Esto a pesar de que para el tercer lapso el único proceso que se realiza en cantidades cuantificables es la evaporación, como producto de la acumulación del calor latente durante el día; mientras que la ETPc se hace prácticamente nula o negligible debido, muy probablemente, a un control estomático efectivo estimulado por un fuerte desbalance hídrico interno en las plantas. Como resultado promedio, la relación ETPc/EVA es de 1,2 y 1,3 para las épocas seca y de nortes respectivamente y de 1,0 en el período de lluvias.

Fuente: Novoa, 1990.

Fuente: Novoa, 1990.

Fuente: Novoa, 1990.

 

Fuente: Novoa, 1990.

La relación ETPc/EVA en cada lapso diario para cualquier período climático, resulta que en el primer lapso de cada día (6:00-13:00) la evapotranspiración del cultivo en referencia es hasta tres veces superior a la evaporación; en el segundo lapso se hacen prácticamente iguales, reflejándose ya un efecto del control estomático sobre la pérdida de agua; mientras que en el tercer lapso, tal y como se ha comentado, la evaporación domina sobre la evapotranspiración, la cual llega a ser inapreciable (cuadros 26 y 27 y gráfico 31).

Las cantidades transpiradas en relación a las evaporadas, especialmente en el primer lapso del día, son indicativas de la existencia de una resistencia estomática muy pequeña, lo que unido a la presencia de un potencial de agua en la atmósfera mucho más bajo que el del suelo (aire con una humedad relativa cercano al 70% y una temperatura media de aproximadamente 23ºC) y a que el cultivo creció con una adecuada suplencia de agua (estado energético del agua en el suelo se mantuvo alrededor de las 0,33 bares), podrían explicar la magnitud de esta relación durante el lapso que se considera.

Estas afirmaciones parecen corroborar lo asentado por Beard (1.973), quien señaló que el espaciamiento de los estomas sobre la hoja es la causa por la cual la tasa de difusión de agua por unidad de superficie evaporante de las hojas, es más rápida que la que podría ocurrir desde una superficie libre de agua. La magnitud de cuánto más rápida es debe ser apreciable, si consideramos que: sólo del 2% al 5% del área de las hojas de las gramíneas esta representada por el área estomática (Beard 1.973), el área de los poros de los estomas en relación a la superficie total de la hoja está entre el 0,5 y el 0,7% (Larcher 1.975) y a la asunción de que el total del área foliar potencialmente transpirante puede reducirse, en virtud de que solamente abrirán los estomas de las hojas que reciban la luz directa o/y la difusa (Campbel 1.977); aunque, dicha área puede llegar a ser significativamente superior a la superficie libre de agua evaporante que cubre un área equivalente a la ocupada por el cultivo en referencia (IAF efectivo transpirante superior a 2). Meyer et al. (1.973), concluyeron en que la difusión del vapor de agua, a través de los estomas, se realiza a una velocidad que puede alcanzar hasta más de 50 veces la lograda por la evaporación del agua desde una superficie libre, bajo las mismas condiciones atmosféricas. La alta tasa de pérdida de vapor de agua que se produce desde los estomas, distanciados de tal manera que no se origine interferencia entre los patrones hemisféricos de las moléculas de vapor de agua que difunden a través de sus poros, se debe a que el gradiente de concentración del vapor de agua, entre dos puntos cercanos al poro, es mucho más pronunciado que el producido desde una superficie libre de agua bajo las mismas condiciones.

Por otro lado, habría que anexar, entre las pérdidas, la transpiración cuticular, que puede llegar a ser tan alta como un 20% la transpiración estomática (Bannister, 1.979) y la pérdida ocurrida desde los estomas ubicados en los tallos; que, aunque con menor densidad en las gramíneas podría ser considerable.

El conocimiento de la fisiología del movimiento estomático, nos induce a pensar de que la magnitud de la relación ETPc/EVA se hace cada vez mayor con el incremento de la intensidad de la luz, al afectar positivamente el número de estomas diferenciados en las células epidérmicas e incrementar el área foliar efectivamente transpirante. La velocidad de estas respuestas están en función no sólo de la intensidad de la luz sino también de su calidad, pues sus movimientos son más rápidos ante la luz azul que ante la luz roja (Bannister, 1.979), lo que explicaría en parte las diferencias encontradas en esta relación para las distintas épocas climáticas del año. Para una determinada época climática y sin limitaciones de agua en el suelo, la máxima tasa de transpiración debe producirse después del medio día, cuando se alcanzan una intensidad de luz directa y difusa y una temperatura cercano al máximo. En este momento es de esperarse que los estomas estén totalmente abiertos y de acuerdo a Rosemberg (1.974), bajo esta condición, su resistencia difusiva es normalmente de 1 a 2 s/cm; en tanto que, la presión osmótica de las células de guarda comúnmente está entre los 13 y 18 bares, con la mayoría de las medidas alrededor de 15 bares (Leopold, 1.975). Los valores de la resistencia difusiva de los estomas y la presión osmótica de las células de guarda varían entre las especies de gramíneas, donde las más tolerantes a la sequía presentan los valores más altos (Beard, 1.973).

En la segunda parte del día (13:00-18:00), como se ha señalado anteriormente, comienza a producirse el control natural de las plantas ante un creciente balance hídrico negativo, a través del cierre gradual de sus estomas, el cual llega a ser máximo al comienzo del período nocturno donde deben conjugarse, además de la carencia de luz, una alta concentración de dióxido de carbono, una menor presión de turgor de las paredes de las células de guarda y una disminución de la temperatura. Este cierre nocturno permite un amortiguamiento o recuperación del déficit hídrico que ha sido alcanzado durante el día, además de conservar cierta cantidad de dióxido de carbono para la síntesis del día siguiente. Cuando las noches son caracterizadas por baja temperatura y una alta humedad relativa, el sistema llega a ganar agua por condensación, esta condición es registrada fundamentalmente durante la época climática lluviosa y la de nortes, muy especialmente en esta última (cuadros 26 y 27).

Analizaremos en una primera instancia, algunos factores microclimáticos y sus relaciones más relevantes con la magnitud de algunos procesos físicos, como la evaporación, a través de una matriz confeccionada con los coeficientes de regresión simple (cuadro 28) obtenidos a partir de la información recabada en distintos períodos de sequía, para luego relacionarlas con la ETPc para distintas frecuencias de defoliación dada a la comunidad de las plantas forrajeras, con el objeto de evitar desviaciones o errores en la magnitud de dichas relaciones como producto del efecto de la dinámica de la biomasa sobre la tasa de pérdida de agua por transpiración. En todos los casos se incluye al período del día (PER), para poder caracterizar la dinámica variación diaria de los factores microclimáticos relacionados.

En la referida matriz se aprecia que la evaporación (EVA) se relaciona negativamente (r=-0,634) con la humedad relativa (HR) y positivamente (r=0,698) con la velocidad del viento (VV), según la ecuación de regresión lineal:

EVA(mm)=18,1+5,4VV-0,2HR (R2=0,540 p<0,01)

El déficit de saturación de vapor (DSV), el cual se relacionó directamente con la EVA (r=0,655), presentó colinealidad con la VV y la HR, por lo que quedó excluido del modelo predictivo de regresión lineal (mínimos cuadrados no balanceado) de EVA.

Como en tantos otros resultados experimentales, la velocidad del viento y la humedad relativa se relacionaron negativamente (r=-0,662) y su dinámica diaria puede ser observada en el gráfico 32. Por otro lado, el punto de rocío se relacionó directamente con la temperatura mínima (r=0,686), mientras que la temperatura máxima no se correlacionó con ninguno de los factores.

Al considerar la evapotranspiración cultivo en esta época climática, en cada una de las frecuencias de corte evaluadas, se obtiene una relación positiva y significativa (p<0,01) con la evaporación diaria desde una superficie libre de agua (r=0,549 para E1–y r=0,767 para E2). Al construir los modelos predictivos correspondientes entre la evapotranspiración y la evaporación, se observa que la tendencia en las tasas de cambio en la pérdida de agua diaria por evapotranspiración desde la comunidad de plantas, en función a la EVA son aproximadamente iguales indistintamente de la frecuencia de utilización, es decir tienen pendientes semejantes, pero siempre superior a la evaporación diaria, tal y como se ha señalado anteriormente. Por lo que los cálculos de la ETPc en función a la evaporación en programas de riego deben ser cuidadosamente evaluados.

El volumen total diario evapotranspirado parece responder a una familia de curvas paralelas (gráfico 35) en función de las características del área evapotranspirante, la cual puede ser controlada, entre ciertos límites, por medio del manejo; entre otros, la frecuencia entre defoliaciones tal y como se ha discutido en páginas anteriores: mayores pérdidas de agua cuando los cortes se hacen más frecuentemente. Los modelos obtenidos obedecen a regresiones lineales con coeficientes de determinación de bajos a medios, pero altamente significativos (p<0,01). A saber:

Para E1, ETPc(mm/d)=1,04+1,15EVA(mm/d) R2=0,301

Para E2, ETPc(mm/d)=0,64+1,12EVA(mm/d) R2=0,589 

Cuadro 28. Matriz de coeficientes de regresión simple de los factores climáticos medidos y su relación con la evaporación del agua desde una superficie libre en la época seca. 

 

PPT=Precipitación.

VV=Velocidad del viento.

EVA=Evaporación.

HR=Humedad relativa.

PR=Punto de rocío.

DSV=Déficit de saturación de vapor.

TMIN=Temperatura mínima.

TMAX=Temperatura máxima.

* Significativo (5%). ** Significativo (1%). Fuente: Novoa, 1990.

Fuente: Novoa, 1990