Validación del modelo AquaCrop en maíz (Zea mays L.) y sorgo (Sorgum vulgare L. Monech)

RIEGO Y DRENAJE

ARTÍCULO ORIGINAL

Validación del modelo AquaCrop en maíz (Zea mays L.) y sorgo (Sorgum vulgare L. Monech)

Validation of the AquaCrop Model in Corn (Zea mays L.) and Sorghum (Sorgum vulgare L. Monech)

Ing. Yunier Díaz-Pérez, Ing. Miguel. A. Villalobos-Pérez, Dr.C. Felicita González-Robaina, Dr.C. Julián Herrera-Puebla

Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), Boyeros, La Habana, Cuba.

RESUMEN. El modelo AquaCrop es creado por FAO con el fin de esclarecer aún más los procesos que subyacen a la relación entre el rendimiento de los cultivos en respuesta al uso y el déficit del agua. Simula el crecimiento, la productividad y el uso de agua de un cultivo día a día, según se vea afectado por condiciones cambiantes en la disponibilidad de agua y las condiciones ambientales. En Cuba se reportan muy pocos trabajos publicados de AquaCrop. En atención a lo anterior se desarrolló la presente investigación con el objetivo de calibrar y validar el modelo AquaCrop de FAO, para los cultivos maíz y sorgo en suelo Ferralítico Rojo compactado para las condiciones climáticas en la región de Alquízar. Los datos para la calibración y validación se obtuvieron de experimentos de campo llevados a cabo en la Estación Experimental del IAgric, Alquízar. Entre los principales resultados se obtuvo los parámetros conservativos modificados en el modelo luego del proceso de ajuste en la calibración. El rendimiento potencial alcanzado en la calibración del modelo fue de 8,27 y 4,73 t ha-1 para maíz y sorgo respectivamente, ambos valores están dentro del intervalo de los obtenidos en los experimentos de campo. La simulación potencial de biomasa, cobertura vegetal y rendimiento obtuvieron valores de eficiencia de simulación superiores a 0,8, errores cuadráticos medios menores al 10% y coeficientes de determinación por encima de 0,9, lo que demuestra que el modelo AquaCrop explica adecuadamente el desarrollo del crecimiento de los cultivos maíz y sorgo.

Palabras clave: simulación, rendimiento, producción de biomasa, cobertura del dosel.

ABSTRACT. The AquaCrop model is created by FAO in order to further clarify the processes that underlie the relationship between crop yields in response to water use and deficit. Simulates the growth, productivity and water use of a crop day by day, as it is affected by changing conditions in water availability and environmental conditions. In Cuba, very few published works of AquaCrop are reported. In view of the above, the present investigation was developed with the objective of calibrating and validating the FAO AquaCrop model for corn and sorghum crops in compacted Red Ferralitic soil for climatic conditions in the Alquízar region. The data for the calibration and validation were obtained from field experiments carried out at the IAgric Experimental Station, Alquízar. Among the main results, the conservative parameters modified in the model were obtained after the adjustment process in the calibration. The potential yield reached in the calibration of the model was 8.27 and 4.73 t ha-1 for corn and sorghum respectively; both values are within the range of those obtained in the field experiments. The potential simulation of biomass, vegetation cover and yield obtained simulation efficiency values higher than 0.8, mean squared errors less than 10% and coefficients of determination above 0.9, which shows that the AquaCrop model adequately explains the Growth development of corn and sorghum crops.

Keywords: simulation, grain yield, biomass production, canopy cover.

INTRODUCCIÓN

La respuesta de los cultivos al déficit hídrico es compleja y es común el uso de funciones empíricas para estimar los rendimientos. Estas funciones casi siempre están relacionadas con el nivel de déficit hídrico que sufre el cultivo durante una parte o todo el ciclo del mismo (Flores et al., 2013). Uno de los métodos más usados es la ecuación que indica la relación entre la pérdida relativa de rendimiento de cualquier cultivo (sea de una especie herbácea o leñosa) y la reducción relativa del consumo de agua (evapotranspiración), por medio de un coeficiente (ky), desarrollado por Doorenbos y Kassam (1986). Otra alternativa son los modelos de simulación biofísica que manejan relaciones para predecir el crecimiento, desarrollo y rendimiento del cultivo teniendo en cuenta las características genéticas, agronómicas y condiciones ambientales durante el desarrollo de los mismos (Monteith, 1996). Según López-Cruz et al. (2005) los modelos de simulación biológica pueden usarse para estimar la producción potencial e identificar factores limitantes de la producción o para analizar cambios en el manejo hídrico de los cultivos.

AquaCrop es un modelo desarrollado por la Organización Mundial para la Agricultura y la Alimentación (FAO) que simula el crecimiento y desarrollo de cultivos herbáceos como una función del consumo de agua bajo condiciones de secano o riego suplementario o total (Steduto et al., 2009). Sus aplicaciones son posibles para un amplio rango de condiciones ecológicas y sistemas productivos. Según Raes et al. (2011), es un modelo de desarrollo de follaje, enfocado principalmente a la simulación del desarrollo de la biomasa potencial del cultivo y la producción cosechable en respuesta al agua disponible. Este modelo determinístico está orientado a usuarios con conocimientos computacionales limitados, es simple sin perder exactitud porque usa un número reducido de parámetros en comparación con otros modelos biofísicos comerciales (Raes et al., 2009).

A pesar de las bondades expuestas anteriormente para el modelo AquaCrop, en Cuba se han realizado muy pocos trabajos donde se aplique este modelo, resaltando lo publicado por Tornés (2016)^[1], quien se auxilió de AquaCrop para evaluar las variables: coberturas foliar, biomasa seca aérea y contenido total de humedad del suelo para el diseño y manejo del riego por surcos en el cultivo del frijol en suelos Aluviales de la provincia de Granma. Este vacío en la investigación sobre el potencial de usos de este modelo en las condiciones de clima de Cuba, indica la necesidad de trabajos para la calibración local con datos experimentales según han señalado Hussein et al. (2011).

El presente trabajo tuvo como objetivo calibrar y validar el modelo AquaCrop de FAO, para los cultivos maíz y sorgo en suelo Ferralítico Rojo compactado para las condiciones climáticas de la región de Alquízar.

MÉTODOS

El modelo se calibró con datos provenientes de experimentos de campo realizados durante la época de invierno (diciembre-abril) en el período 1982-1983 para el cultivo del maíz y (diciembre-abril) en los años 1986-1987 para el cultivo del sorgo, en la Estación Experimental del antes Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje, actualmente Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, ubicada en el municipio de Alquízar, coordenadas: Latitud 22º 46' N y Longitud 82º 36' W, altura sobre el nivel medio del mar 6 m, 12 km de la costa. Para ambos experimentos se utilizó el método de riego por surcos.

La variedad de maíz utilizada en el experimento fue T-66, la fecha de siembra 16 de diciembre del 1982 con temperaturas umbrales de 10 a 30 °C, alcanzó su madurez a los 125 días después de la siembra, con una densidad de población de 48 000 plantas ha-1 y un rendimiento 5-7 t ha-1. Para el cultivo del sorgo se usó la variedad enana, la fecha de siembra fue el 13 de diciembre del 1986, con temperaturas umbrales de 6,4 a 31 °C, la madurez se alcanzó 118 días después de la siembra, la densidad de población fue 150 000 plantas ha-1 y el rendimiento máximo fue de 4,95 t ha-1. Los procedimientos experimentales para la estimación de los consumos de agua de los cultivos maíz y sorgo fueron descritos por Giralt et al. (1990)^[2] y Herrera et al. (2016) para maíz y sorgo respectivamente.

El modelo AquaCrop ha sido descrito ampliamente por Raes et al. (2009) el cual consta de varias ecuaciones con las que, utilizando datos de clima, densidad de población, características genéticas, tipo de suelo, nivel de fertilización y nivel de déficit hídrico, simulan el crecimiento y rendimiento del cultivo. La siguiente ecuación (1) es fundamental para el motor de crecimiento de AquaCrop la cual evolucionó a partir del enfoque del estudio FAO: Riego y Drenaje Nº 33 (Doorenbos y Kassam, 1986), al separar la evaporación del suelo no productiva (E) de la transpiración del cultivo productiva (Tr) y al estimar la producción de biomasa directamente a partir de la transpiración del cultivo real mediante un parámetro de productividad (Figura 1).

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