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Consideraciones sobre el uso del modelo Soil- Water- Atmosphere- Plant en el cultivo de la caña de azúcar en Cuba

Resumen: Durante algunos años el modelo agrohidrológico Soil – Water- Atmosphere- Plant fue estudiado en Cuba con la cooperación de 3 instituciones: la Universidad Agraria de la Habana, el Instituto Nacional de Investigaciones de la Caña de Azúcar y el Instituto de Riego y Drenaje. En el proceso de calibración del modelo se reportaron sobreestimaciones en algunos de los parámetros de la ecuación del balance hídrico, en los primeros meses de vida del cultivo, entre ellos: la evaporación del agua por el suelo.

Publicación enviada por Maira Ferrer y Otros Autores




 


Índice
1. Resumen
2. Introducción
3. Materiales y métodos
4. Resultados
5. Conclusiones
6. Referencias

Resumen
Durante algunos años el modelo agrohidrológico Soil – Water- Atmosphere- Plant fue estudiado en Cuba con la cooperación de 3 instituciones: la Universidad Agraria de la Habana, el Instituto Nacional de Investigaciones de la Caña de Azúcar y el Instituto de Riego y Drenaje. En el proceso de calibración del modelo se reportaron sobreestimaciones en algunos de los parámetros de la ecuación del balance hídrico, en los primeros meses de vida del cultivo, entre ellos: la evaporación del agua por el suelo. 

El presente trabajo tiene como objetivo el análisis y la interpretación de algunos aspectos no considerados durante el proceso de calibración del modelo, como las etapas de desarrollo y los estadios fenológicos del mismo. El análisis del comportamiento de los aspectos anteriores refleja que dentro de la primera fase fenológica del modelo no puede ser incluida la etapa de brotación ahijamiento de la caña de azúcar, por lo que la corrida del modelo debe ser considerada a partir de una plantación completamente establecida, es decir, para la caña de azúcar el modelo Soil- Water- Atmosphere- Plant pudiera ser utilizado a partir del inicio del gran periodo de crecimiento.

Modelación- etapas de desarrollo y fases fenológicas – modelo Soil- Water – Atmosphere- Plant – caña de azúcar.

Introducción

Entre los modelos agrohidrológicos estudiados en Cuba, se encuentra SWAP (Soil- Water- Atmosphere – Plant), que ha sido desarrollado a partir de modelos agrohidrológicos como el SWATRE y el SWACROP, utilizados fundamentalmente en cultivos de ciclos cortos. (Van Dam, et al 1997) 

De manera general, se plantea, que en caña de azúcar, SWAP puede simular el balance hídrico suelo- planta- atmósfera (Utset, et al, 2000). Sin embargo, existen criterios no favorables a las simulaciones hechas por el modelo de la evaporación del agua por el suelo, a la no presencia de escorrentía y a la sobreestimación de la interceptación de las precipitaciones por el follaje de la plantación cañera, en los meses iniciales de vida de la plantación, es decir, durante la fase de ahijamiento. (Medina, 1998)

La explicación de estas sobreestimaciones a partir del análisis de los modelos empíricos que describen los diferentes parámetros que conforman la ecuación del balance hídrico, puede resultar engorroso, por la ausencia de métodos que permitan validar experimentalmente las simulaciones del modelo.

Aspectos no considerados en la calibración del modelo SWAP para el cultivo de la caña de azúcar como el desarrollo de las diferentes fases fenológicas y etapas de desarrollo del modelo y su relación con la curva sigmoidal que describe el crecimiento de la caña de azúcar desde la brotación hasta la maduración o floración del cultivo precisan de ser analizados.

El objetivo del presente trabajo es demostrar a partir del análisis de las etapas fenológicas del modelo y sus etapas de desarrollo (DVS), las sobreestimaciones de algunos parámetros de la ecuación del balance hídrico que tienen lugar en los primeros meses de vida de la plantación.

Materiales y métodos
En el trabajo se utilizó el modelo SWAP (Soil- Water- Atmosphere – Plant)

Para la entrada de datos se utilizaron los ficheros de rotación: Swap. Key y casa. Cal, donde se declara el tipo de cultivo, la latitud y altitud geográfica, el inicio y final de la corrida.

Para el estudio se utilizó un retoño de 12 meses, ya que el modelo ha sido configurado para 365 días.

La curva de crecimiento del modelo fue analizada a partir de la información obtenida en el fichero de salida CROP, que ilustra cada día del ciclo y la correspondencia de este con las etapas de desarrollo del modelo. 

La curva de crecimiento del modelo con respecto a los acumulados de temperatura efectiva por etapa de desarrollo del modelo fue determinada para el comportamiento normal de las temperaturas en Cuba. El procedimiento seguido fue el siguiente:

Temperatura efectiva = Temperatura promedio – Tb, donde la temperatura base= 0
La tabla.1 refleja los periodos seleccionados, teniendo en cuenta un ciclo de 12 meses donde la primera fase del modelo deberá cubrir los primeros 10 meses, esto significa que 2 meses se destinan para el ahijamiento y 8 para el gran periodo de crecimiento.



Tabla.1 Relación y duración de los periodos seleccionados

Los periodos seleccionados anteriormente se diferencian en cuanto a la ubicación de los meses más fríos del año, enero y febrero. Uno de ellos, presenta la temporada fría en los inicios, tal es el caso de Enero- Diciembre. En los casos de Marzo- Diciembre y Abril- Enero, esta temporada prácticamente no existe y en el periodo Septiembre-Agosto, la temporada fría tiene lugar en la parte central del periodo.

Tabla 1. Relación y duración de los periodos de 2 meses.

Los periodos de 2 meses seleccionados constituyen la continuación de los periodos de 10 meses referidos en la tabla.1. En este caso, los mayores contrastes en cuanto a las temperaturas tiene lugar entre Enero-Febrero y Julio- Agosto, donde el primero como fue referido anteriormente se ubica en la temporada más fría del año y el último comprende los meses más cálidos. Los restantes periodos ocupan una posición intermedia.

Resultados
Durante el proceso de ajuste se obtuvo que para los periodos de 10 meses cada día del modelo se correspondió con aproximadamente 3.0 días reales y los de 2 meses con 0.60 días. 

La figura.1 representa el ajuste realizado de los 365 días de un ciclo cañero con los 200 días del modelo. Como se puede apreciar, la separación de las fases, se hace evidente mediante un cambio en la pendiente a partir del momento en que se inicia la segunda. Esta segunda fase muestra un proceso más rápido que la primera, ya que la pendiente de la curva es mayor.

Fig.1 Relación entre los días del modelo y los 365 días de un ciclo cañero 

La figura.2 representa la relación días- temperatura, es decir los DVS o etapas de desarrollo del modelo en un ciclo cañero de 365 días. El comportamiento de la temperatura acumulada por las etapas de desarrollo del modelo es analizado teniendo en cuenta el comportamiento real de las temperaturas en Cuba. 


Fig.2 Comportamiento de la temperatura acumulada por las 2 fases del modelo, en los periodos de Marzo- Febrero y Septiembre-Agosto para el comportamiento real
de las temperaturas en los años 1978 y 1979

Como se puede apreciar, se representan los periodos extremos, es decir, Marzo- Febrero y Septiembre- Agosto (Fig.2), ya que las curvas de temperatura de los periodos de Abril- Marzo y Julio- Junio ocuparon una posición intermedia entre los representados. 

Como se puede observar, la primera fase de la curva muestra un incremento paulatino de las etapas de desarrollo del modelo, hasta alcanzada la culminación de la misma. En la segunda fase las etapas de desarrollo incrementaron lentamente, siendo el movimiento más evidente en el periodo Enero- Febrero que en el de Julio- Agosto.

Si tenemos en cuenta que el ritmo de crecimiento de las etapas de desarrollo deben corresponderse, con el ritmo de crecimiento de los parámetros vegetativos que se introducen al modelo para la determinación de la evapotranspiración potencial, podemos considerar, que la primera fase fenológica de este se relaciona mucho mejor con el desarrollo vegetativo del cultivo en el gran periodo de crecimiento de la caña de azúcar. En este periodo se alcanzan los mayores incrementos del índice de área foliar (LAI) y de la altura de tallos, como consecuencia del efecto beneficioso de altas temperaturas y elevadas precipitaciones. La segunda fase del modelo puede significar un cese del crecimiento vegetativo, es decir, se reduce la elongación de los entrenudos, la emisión de nuevas hojas y los productos de la fotosíntesis se acumulan en el tallo, este proceso puede coincidir con la maduración de la caña de azúcar (González, 1990) 

Sin embargo, el ahijamiento de la caña de azúcar es una fase fenológica que se caracteriza fundamentalmente por la formación de nuevos brotes (González, 1990; Cock, 2000) a partir de los tallos madre, por lo que el incremento de las variables vegetativas es relativamente lento hasta tanto no se logra el cierre de campo, donde se inicia el gran periodo de crecimiento. Lo anterior significa que el comportamiento de los caracteres vegetativos durante el periodo de ahijamiento no es similar al que tiene lugar en la etapa de gran periodo de crecimiento, aunque tanto las temperaturas como las precipitaciones elevadas pueden favorecer ambos procesos.

Como se ha podido ver el modelo SWAP pudiera simular el comportamiento de la evapotranspiración potencial, real y de los parámetros que integran el balance hídrico del sistema suelo – planta- atmósfera de una plantación ya establecida, es decir, no considera la nueva formación de tallos.

De lo anterior puede interpretarse que en la primera fase del modelo no deben incluirse valores de los parámetros del cultivo que se corresponden con el ahijamiento de la caña de azúcar, de lo contrario pueden tener lugar grandes sobreestimaciones de algunos de los parámetros de la ecuación del balance hídrico.

Conclusiones
El modelo SWAP no considera la fase de ahijamiento de cultivos como la caña de azúcar, por lo que la introducción de datos a partir de la brotación del cultivo puede conllevar a sobreestimaciones de la evapotranspiración o de algunos parámetros de la ecuación del balance hídrico.

Referencias
Cock. J.H 2001 Crecimiento y desarrollo de la caña de azúcar. Memorias. Congreso Tecnicaña. Colombia.
González, J. K 1990. Fitotecnia de la caña de azúcar. Editorial Pueblo y Educación. pp 144
Medina, H 1998. Puesta a punto y análisis de sensibilidad del modelo SWAP para el manejo del agua en la caña de azúcar. ISCAH. Tesis para optar por el título de master en Física Aplicada a la Agricultura.
Utset. A; M. E. Ruiz; A del Valle; J López y M Abarres. 2000 Estimación del rendimiento de la caña de azúcar en fincas de Cuba, Venezuela y México, utilizando un modelo de simulación de base física. Taller de modelación del rendimiento de los cultivos. Programa resúmenes.30 Aniversario INCA. XII Seminario Científico.
Van Dam, J. C; J. Huygen, J. G. Wesseling, R. A. Feddes, P. Kabat, P. E. V. Van Walsum,P. Groenendijk and C. A. van Diepen. 1997. Simulation of water flow, solute transport and plant growth in the oil water atmosphere plant environment. Department water resources. Wageningen Agricultural University.

Autores
Maira Ferrer(1), 
Rosa Rodés(2 ) y 
Eduardo Ortega(2)

1-Instituto Nacional de Investigaciones de la Caña de Azúcar.
Carretera al Central “Martínez Prieto” Km 2½, General Peraza CP19390, Ciudad de La Habana, Cuba, Tel.: 2602571, Telefax: (53-7) 2602571 y 2624439, Pizarras: 2624436 (Ext.101), 2602567(Ext.222), E-mail: mferrer@inica.edu.cu
2- Universidad de la Habana.



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