El Clima y su interacción con la agricultura (Parte 2)

Presentación del tema: "El Clima y su interacción con la agricultura (Parte 2)"— Transcripción de la presentación:

1 El Clima y su interacción con la agricultura (Parte 2)
Prof. Mario Bidegain Curso Internacional en Agrometeorología aplicada La Paz – Bolivia

2 CONTENIDOS Grados día o unidades de calor Unidades foto térmicas
Temperaturas diurnas y nocturnas Horas de frío Ciclo hidrológico Viento en superficie ETP Foto periodo

3 Acumulaciones térmicas
La combinación del tiempo cronológico y la temperatura del aire se ha usado para predecir la fenología de los cultivos. Las acumulaciones térmicas se han expresado históricamente a través de diferentes términos: constante térmica, unidades térmicas, unidades calor, grados día desarrollo, y grados día crecimiento. Temperaturas cardinales. Para un mejor manejo de los cultivos es necesario conocer las necesidades térmicas de los cultivos. Se ha comprobado experimentalmente que cada especie cultivada presenta diferentes respuestas a la temperatura, presentándose temperatura de interés, conocidas como temperaturas cardinales: • Temperaturas letales. • Temperaturas biológicas. • Temperaturas óptimas

4 Concepto de tasa de desarrollo
Tb : Temperatura base Ts : Temperatura superior Top: Temperatura óptima

5 GRADOS DIA O UNIDADES DE CALOR
El concepto de grados-día de crecimiento (también llamadas unidades térmicas) se remonta a los año 1940s y 1950s cuando algunos investigadores comenzaron a usar las acumulaciones térmicas o GDDs (Growing Degree Days) para predecir fases fenológicas específicas en el desarrollo de cultivos vegetales. Donde: GDD: Grados día de crecimiento en un día a partir de la fecha de siembra. N: Número de días desde la siembra. Tai: Temperatura media del día i en °C (puede ser obtenida mediante: (Tmax + Tmin)/2. Tbase: Temperatura base a partir de la cual la fotosíntesis y el crecimiento del cultivo comienza. Nota: La ecuación es válida para Tbase < (Tmax+Tmin)/2 <TGmax Donde TGmax es la temperatura del aire por encima de la cual el crecimiento del cultivo es constante

6 La Fraccion de Ciclo de Crecimiento o Desarrollo de un dia determinado, sugerida por Stegman, 1988, se define como la relación entre el tiempo transcurrido (o GDD) a partir de la fecha de siembra con el número de días (o GDD) requeridos para que el cultivo alcance la madurez.

7 CONCEPTO DE GRADO DIA Los métodos de cálculo mas usados para estimar los GDDs son: Método del promedio diario Método de curvas de ajuste Método de la integración numérica

8 UNIDADES FOTO TERMICAS
Debemos incluir algunos conceptos que tienden a ajustar con mayor precisión los valores numéricos obtenidos para cada etapa fenológica del cultivo. Vamos a considerar el período de luz en que el cultivo está expuesto. Este cálculo de unidades foto térmicas (UF) es utilizado cuando la temperatura máxima basal (TB) es superior a la temperatura máxima del aire (Tmax) y a la temperatura mínima basal (Tb) e inferior a la temperatura mínima del aire (Tmin). En este caso los grados-día deben ser calculados solamente en el periodo cuando hubo luz, por lo tanto serán llamadas Unidades fototérmicas

9 UNIDADES FOTO TERMICAS
Uf = ((S1+S2+S3)/24) Fuente: Ometto (1981)

10 Temperaturas diurnas y nocturnas
Durante un día la temperatura cambia desde valores bajos a altos por efecto de la rotación de la Tierra. La inclinación de los rayos solares aumenta desde el amanecer aumentando. también la intensidad de la luz solar, alcanzando un máximo pasado el mediodía y luego disminuye gradualmente a cero hacia la noche, produciendo las variaciones diarias de temperatura. Este se denomina marcha o ciclo diario de la temperatura. La figura muestra las variaciones diarias en la radiación solar y la radiación terrestre y la curva de temperatura típica que resulta para una estación de latitudes medias. Se observa que la curva de radiación solar es simétrica respecto al mediodía solar. De la curva de radiación terrestre se observa que durante la noche la superficie de a Tierra y su atmósfera pierden energía, produciéndose un déficit de calor que genera las mínimas temperaturas cerca de la hora del amanecer. Cuando sale el Sol, comienza a entregar calor al suelo, el cual a su vez calienta el aire. La máxima temperatura no coincide con el máximo de radiación solar, sino que e produce aproximadamente tres horas después, porque aunque al suelo le empiece a llegar menos energía del Sol, la tierra se mantiene caliente hasta ese momento y el aire se calienta desde el suelo, no directamente por el sol. Cuando comienza el déficit de radiación, es decir la Tierra empieza a perder mas energía que la que recibe del Sol, la temperatura comienza a descender. Con cielos despejados, la temperatura mínima se produce al amanecer, cerca de la hora de salida del Sol. Luego que sale el Sol, la temperatura comienza otra vez a aumentar, repitiéndose el ciclo diario.

11 Horas de frío La mayoría de las plantas frutales de hoja caduca, adaptadas a climas templados-fríos para florecer cada primavera, necesitan haber acumulado durante la época invernal cierta cantidad de frío. Esta es la forma de adaptación que han adquirido estas plantas a través del tiempo para florecer en el momento más favorable, y estaría regulado por un complejo sistema de reguladores de tipo hormonal, que dependiendo del estado de la dormancia influye más el tipo y cantidad del regulador o los factores climáticos. Este requerimiento de frío varía notablemente con la especie y variedad. Para medir el frío existen diversos modelos, pero quizás los más utilizados son: - Horas de frío: Consiste en contar la cantidad de horas en las que el vegetal estuvo por debajo de un determinado valor, el utilizado por nosotros es el de 7°C. Unidades de frío: este modelo fue desarrollado en la Universidad de Utah en EEUU por el equipo de trabajo de Richardson, por lo cual también es conocido como las unidades de frío de Richardson. Según este modelo, 1 HF es equivalente a 1 unidad de frío (UF) solamente en el intervalo de temperaturas comprendido entre 2,5 y 9,1 °C. Las temperaturas inferiores a 1,4 °C no resultan efectivas para la ruptura de la dormancia y, por ello, no tienen incidencia en la acumulación de frío. Las temperaturas entre 1,5 y 2,4 °C, o entre 9,2 y 12,4 °C, tienen una eficiencia del 50 % y las temperaturas iguales o superiores a 16 °C producen un efecto negativo, restando unidades de frío a la sumatoria diaria. Las UF diarias se obtienen mediante la sumatoria de las UF de cada hora del día por lo que, para utilizar este método, se requieren datos horarios de temperatura.

12 CICLO HIDROLOGICO La circulación y almacenamiento de agua en la Tierra se llama ciclo hidrológico, o ciclo del agua. El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación. Si la atmósfera está fría, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia. Una parte del agua que llega a la superficie terrestre será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otra porción del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea, conocidas como acuíferos. Este proceso es la percolación. Más tarde o más temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación.

13 Ciclo Hidrológico

14 Humedad Atmosférica Se denomina humedad atmosférica a la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Existen diferentes formas de expresar la humedad atmosférica: Humedad absoluta Humedad específica Razón de mezcla Tensión de Vapor Humedad relativa Punto de Rocío Déficit de Saturación

15 Humedad Relativa: Es la relación porcentual entre el contenido de vapor de agua actual de la masa de aire, y el contenido máximo posible para esa misma temperatura. Se puede expresar como: H.R. (en %) = Pva x 100 Pvs Presión o Tensión de Vapor: La humedad también puede ser expresada como la presión parcial ejercida por el vapor de agua. Es muy pequeña comparada con la presión del aire en su conjunto. Se expresa en hPa (hectoPascales), mmHg (milímetros mercurio), mb (milibares), etc. Punto de Rocío: Es la temperatura a la que se debe enfriar una masa de aire para que se sature sin modificar su contenido de vapor de agua. Se expresa en °C. Déficit de Saturación Es la cantidad de vapor de agua que se debe proporcionar a una masa de aire para que se sature, sin modificar su temperatura.

16 Medición de la humedad atmosférica
La humedad absoluta y la relación de mezcla son difíciles de medir directamente, pero si se conoce la humedad relativa, esos parámetros se pueden calcular de tablas y/o gráficos. Para medir la humedad relativa se usa el higrómetro. El higrómetro más simple se llama psicrómetro. Está formado por dos termómetros idénticos ubicados uno al lado del otro, uno llamado termómetro seco y el otro termómetro húmedo porque el depósito de mercurio se rodea con un paño de muselina mojado en agua destilada. El aire que debe circular continua y libremente por este termómetro evapora el agua de la muselina, absorbiendo calor desde el termómetro haciendo disminuir su temperatura. La cantidad de enfriamiento es directamente proporcional a la sequedad del aire; mientras más seco el aire, mayor enfriamiento. La diferencia entre ambas temperaturas es una medida de la humedad del aire a mayor (menor) diferencia menor (mayor) humedad relativa. re,

17 Precipitación Es cualquier forma de hidrometeoro que cae del cielo y llega a la superficie terrestre. Puede ser en forma líquida o sólida como: lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo, etc.

18 Instrumentos para medir precipitación
Pluviómetro Pluviógrafo

19 Variación espacial de la precipitación
VARIACION ESPACIAL DE LA PRECIPITACION La distribución espacial de la precipitación sobre los continentes es muy variada, existen extensas áreas como los desiertos, donde las precipitaciones son extremadamente escasas, del orden 0 a 200 mm de precipitación por año. En el desierto de Sahara la medida anual de lluvia es de apenas algunos mm, mientras que en las áreas próximas al Golfo de Darién entre Colombia y Panamá, la precipitación anual es superior a 3,000 mm, con un máximo de unos 10 metros (10,000 mm). El desierto de Atacama en el norte de Chile, es el área más seca de todos los continentes.

20 Precipitación sobre Sudamérica
Enero Julio (University of Delaware)

21 VIENTO Dirección y Velocidad La dirección del viento se refiere a la dirección de la cual el viento está soplando. Para el cómputo de la evapotranspiración, la velocidad del viento es una variable importante. Como la velocidad del viento en una localidad dada varía con el tiempo, es necesario expresarla como el promedio sobre un intervalo determinado de tiempo. La velocidad del viento se mide en metros por segundo (m s-1 ) o kilómetros por día (km día ). La velocidad del viento se mide con los anemómetros. Los anemómetros usados mas comúnmente en las estaciones meteorológicas se componen de cazoletas o propulsores que giran sobre un eje gracias a la fuerza del viento. El conteo del número de revoluciones en un periodo dado, permite determinar la velocidad promedio del viento en dicho período.

22 Relación del viento con la altura
La velocidad del viento a diversas alturas sobre la superficie del suelo tiene valores diferentes. La fricción superficial tiende a reducir la velocidad del viento que atraviesa la superficie. La velocidad del viento es menor cerca de la superficie y aumenta con altura. Por esta razón los anemómetros se colocan en una altura estándar elegida, 10 m en meteorología y 2 ó 3 m en agrometeorología. Para el cálculo de la evapotranspiración, se requiere la velocidad del viento medida a 2 m sobre la superficie. Para ajustar los datos de velocidad del viento obtenidos de instrumentos situados a elevaciones diferentes a la altura estándar de 2m, se puede usar una relación logarítmica: donde: u2 : velocidad del viento a 2 m sobre la superficie [m s ], uz : velocidad del viento medida a z m sobre la superficie [m s], z : altura de medición sobre la superficie [m].

23 EVAPOTRANSPIRACIÓN - I
EVAPOTRANSPIRACIÓN (ET): = evaporación + transpiración EVAPORACIÓN: proceso físico en el cual el agua en estado líquido o sólido pasa a vapor. Se produce desde: Superficie del suelo Vegetación Superficie de agua (ríos, lagos, etc.) Algunas diferencias con la ebullición: Ebullición no incluye el cambio de sólido a vapor En el proceso de ebullición, todo el líquido iguala la temperatura de ebullición TRANSPIRACIÓN: proceso biológico por el cual las plantas pierden agua a la atmósfera

24 EVAPOTRANSPIRACIÓN - II
Evaporación potencial: cantidad de agua que puede ser evaporada por una superficie de agua pura, por unidad de área, de tiempo, bajo las condiciones atmosféricas existentes Evapotranspiración potencial (ETP): cantidad de agua que puede ser perdida en fase vapor, por una extensión continua y corta de vegetación, bajo las condiciones atmosféricas existentes Evapotranspiración real (ETR): suma de las cantidades de agua evaporadas a partir del suelo y las transpiradas por los vegetales, bajo las condiciones meteorológicas, de humedad de suelo, y de vegetación existentes en un lugar y durante un intervalo de tiempo dado

25 Factores que influyen en la evapotranspiración
Radiación solar Evaporación poder evaporante de la atmósfera Poder evaporante de la atmósfera Temperatura Evaporación desde lámina de agua Salinidad del agua Humedad Temperatura del agua Presión atmosférica Poder evaporante de la atmósfera Velocidad del Viento Evaporación desde suelo desnudo Tipo de suelo Grado de humedad del suelo Poder evaporante de la atmósfera Transpiración Grado de humedad del suelo Tipo de planta Variaciones estacionales Variaciones interanuales

26 Métodos de estimación de la ETo
En Mayo de 1990, la FAO organizó una consulta de expertos e investigadores, para revisar las metodologías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. El panel de expertos recomendó la adopción del método combinado de Penman- Monteith como el nuevo procedimiento estándar para la evapotranspiración de referencia e indicó los procedimientos para calcular los distintos parámetros incluidos en el método. Se desarrolló entonces el método de FAO Penman-Monteith, definiendo el cultivo de referencia como un cultivo hipotético con una altura asumida de 0,12 m, con una resistencia de la superficie de 70 s m -1 y un albedo de 0,23 m, lo que asemeja a la evaporación que ocurre en una superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, creciendo activamente y bien regada.

27 Balance hídrico La evapotranspiración también puede determinarse midiendo varios componentes del balance de agua en el suelo. El método consiste en evaluar los flujos de agua que entran y salen de la zona radicular del cultivo dentro de un determinado periodo de tiempo (Figura 6). El riego (R) y la precipitación (P) proporcionan agua a la zona radicular. Parte de R y P pueden perderse por escurrimiento superficial (ES), y percolación profunda (D) la cual eventualmente recargará la capa freática. El agua también puede ser transportada hacia la superficie mediante capilaridad (C) desde la capa freática sub-superficial hacia la zona de raíces o ser incluso transferida horizontalmente por flujo sub-superficial hacia dentro (FSin) o fuera (FSout) de la zona radicular (∆FS). Sin embargo, excepto bajo condiciones de pendientes pronunciadas, normalmente los valores de FSin y FSout son mínimos y pueden no ser considerados. La evaporación del suelo y la transpiración del cultivo pueden agotar el agua de la zona radicular. Si todos los otros flujos aparte de la evapotranspiración (ET) pueden ser evaluados, la evapotranspiración se puede deducir a partir del cambio en el contenido de agua en el suelo (∆SW) a lo largo de un periodo de tiempo: ET = R + P - ES - D + C ± ∆FS ± ∆SW

28 Fotoperiodo Se denomina fotoperiodo al conjunto de procesos de las especies vegetales mediante los cuales regulan sus funciones biológicas (como por ejemplo su reproducción y crecimiento) usando como parámetros la alternancia de los días y las noches del año y su duración según las estaciones y el ciclo solar. El fotoperiodo, por lo tanto, son los cambios de iluminación que reciben las plantas, que pueden modificar su germinación. En el mundo vegetal la luz, su duración y periodicidad, tiene una gran influencia sobre la germinación y la duración del crecimiento vegetativo. El desarrollo de las plantas puede ser activado o nó dependiendo del número de horas de luz recibidas. Algunos árboles necesitan un número determinado de horas de luz al día para que su metabolismo funcione, pero cuando llega el otoño los días son más cortos, y al no recibir las horas de luz que necesitan, su crecimiento se detiene y entran en una fase de reposo. Varias actividades de las plantas, como la producción de flores, están determinadas por la longitud del día; por esta razón las plantas se pueden clasificar a partir de sus respuestas al fotoperiodo. Las plantas de días cortos florecen solo en días cortos o la producción de flores es acelerada en días cortos. Las plantas de días largos florecen solo en días largos y la producción de flores es acelerada en días largos. También existen plantas que no responden al fotoperiodo, estas plantas son llamadas plantas neutrales al día y florecen por mecanismos de regulación autónomos.