CXT Riego: una herramienta digital precisa para la elaboración de planes de riego en cultivos de invernadero

Para realizar una gestión eficiente y sostenible de los recursos hídricos en agricultura es necesario que los aportes de riego se realicen de acuerdo a la demanda de agua del cultivo o evapotranspiración (ETc), que representa el agua perdida por transpiración desde las hojas más el agua evaporada desde el suelo. Dicha demanda de agua depende del tipo de cultivo, de su estado de desarrollo y las condiciones climáticas.

Un invernadero modifica el clima respecto al clima exterior, por lo que las necesidades de riego de los cultivos en invernadero son diferentes. El empleo de una cubierta de plástico en los invernaderos reduce la radiación solar y el viento, lo que puede reducir las necesidades de agua del cultivo en torno al 40 % respecto a esos mismos cultivos al aire libre.

La ETc se puede medir con distintas metodologías: lisímetro de pesada, balances de energía, métodos microclimáticos, balances de agua, etc. Todas estas metodologías son caras y requieren personal cualificado por lo que, se usan normalmente en investigación. 

Lo más común es la estimación de la ETc a partir de datos climáticos medidos, siendo el modelo desarrollado por la FAO (Allen et al., 1998) el método más ampliamente usado para calcular el volumen de riego de los cultivos al aire libre. 

Este modelo ha sido adaptado para su uso en los cultivos hortícolas en invernadero por la Estación Experimental Cajamar 'Las Palmerillas'. A partir de los trabajos llevados a cabo con varios proyectos de investigación se desarrolló el modelo PrHo (Fernández et al., 2008).

Descripción del modelo PrHo para estimar la ETc de los cultivos en invernadero

El modelo PrHo calcula los aportes de riego en base a la estimación de la ETc de los cultivos en invernadero, usando datos de radiación solar y temperatura media (Fernández et al., 2008). 

Inicialmente, este modelo se implementó en el software PrHo (©2008 Fundación Cajamar), y en la actualidad está integrado en la herramienta digital CXT Riego de Plataforma Tierra.

La ETc se calcula como el producto de la evapotranspiración de referencia (ETo), que cuantifica el efecto del clima sobre el consumo de agua por la planta, y el coeficiente de cultivo (Kc), que representa la disponibilidad del cultivo para atender esta demanda.

La ETo bajo invernadero se puede estimar con bastante precisión a partir de la radiación solar dentro de invernadero (Fernández et al., 2010). Los valores de Kc han sido determinados por Fernández et al. (2001) y Orgaz et al. (2005) para los principales cultivos hortícolas cultivados en suelo en invernaderos mediterráneos en el Sureste de España. 

En invernadero, las fechas de transplante son muy variables, lo que determina las condiciones climáticas diferentes en las cuales el cultivo se desarrolla, produciendo distintos patrones de crecimiento y desarrollo del cultivo, lo que a su vez, tiene repercusión sobre la evolución de las necesidades de agua del cultivo. 

Para adaptar las recomendaciones de riego a las distintas fechas de plantación, los valores de Kc de los principales cultivos hortícolas se calculan a partir de la temperatura media diaria dentro de invernadero.

En los últimos años han aparecido numerosos sensores y compañías que ofrecen soluciones para la medida de la temperatura, aumentando la instalación de estos sensores en invernaderos comerciales, pero su uso no está generalizado. 

Además, los sensores para la medida de la radiación solar son caros por lo que, raramente son instalados por los agricultores. 

La alternativa usada en CXT Riego ha sido utilizar los datos diarios de radiación solar y temperatura medidos en exterior en la estación agroclimática del Servicio de Información Agroclimática para el regadío (SIAR) del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación más próxima. 

En función del tipo de invernadero y la aplicación de encalado o blanqueo se estima la radiación solar dentro de invernadero a partir de la radiación solar exterior y la transmisividad de la cubierta del invernadero. 

CXT Riego de Plataforma Tierra incluye una base de datos con valores de transmisividad para los tipos de invernadero más habituales en España y para tres condiciones de encalado de la cubierta. 

La temperatura media diaria dentro del invernadero se estima a partir de la temperatura media diaria medida en exterior con una relación lineal simple. 

CXT Riego usa los datos diarios de radiación solar y temperatura medidos de la estación agroclimática del Servicio de Información Agroclimática para el regadío (SIAR)

Validación de la precisión de la herramienta CXT Riego para el cálculo de las recomendaciones de riego en invernadero

En primer lugar, se muestra la precisión del modelo para estimar la temperatura dentro de invernadero a partir de la temperatura medida en exterior. 

Este modelo se desarrolló a partir de una serie histórica de 19 años de temperatura medida en exterior y dentro de un invernadero de clima pasivo y sembrado de gramíneas ubicado en la Estación Experimental Cajamar 'Las Palmerillas' (El Ejido, Almería). 

El manejo de las ventanas de este invernadero era manual, permaneciendo abiertas excepto en el periodo nocturno en invierno.

La precisión de este modelo de temperatura (Figura 1) se ha determinado en condiciones diferentes, en un invernadero en Almería con manejo de las ventanas con un controlador climático para mantener los valores de consigna de temperatura fijados, y en invernadero en Huelva.

La Figura 1 muestra la evolución de la temperatura medida dentro de un invernadero de la Estación Experimental Cajamar 'Las Palmerillas' (El Ejido, Almería) con ventanas laterales y cenital automatizadas mediante un controlador, frente a los valores estimados durante un ciclo de tomate (del 10/09/2020 al 02/05/2021). 

El modelo de estimación de la temperatura desarrollado para un invernadero sin control de las ventanas presentó una alta precisión hasta mediados de febrero. A partir de esta fecha, en general el modelo infraestimó los valores medidos. Esta menor precisión pudo estar causada por la apertura y cierre de ventanas ejercida por el controlador de clima para alcanzar los valores de consigna fijados.

Adicionalmente, este modelo también se validó en una zona de invernaderos en Huelva. Para ello se compararon los valores estimados con los medidos en la Estación Meteorológica de IFAPA El Cebollar bajo plástico en Moguer (Huelva) durante el año 2020. 

Los datos de temperatura se estimaron a partir de los datos registrados en exterior en la Estación Meteorológica de Moguer. 

El modelo de temperatura estimó con bastante precisión la temperatura medida en un invernadero en Moguer (Figura 1), con una infraestimación del 2 % y un error de 0,8 ºC.

La precisión del modelo de ETc en Almería se determinó comparando los valores estimados a partir de los datos de radiación solar y temperatura medida en exterior con los valores de ETc medidos con un lisímetro de pesada. 

El lisímetro de pesada, de 1,5 m de longitud, 0,45 m de ancho y 0,5 m de profundidad, estaba ubicado en un invernadero con suelo enarenado de la Estación Experimental Cajamar 'Las Palmerillas'.

La Figura 2 izq. muestra la evolución de los valores diarios de la ETc medida y estimada para un cultivo de tomate en invernadero durante la campaña 2020/21 (del 10/09/2020 al 02/05/2021) en Almería. La ETc medida osciló entre valores de 0,2 y 2,1 mm d^-1, con un valor promedio de 1,2 mm d^-1 y un valor acumulado de 284 mm para un ciclo de 234 días de duración. 

Los valores de ETc fueron bajos en comparación con cultivos al aire libre ya que, la mayor parte del ciclo de cultivo se desarrolló en periodo de baja demanda evaporativa (otoño e invierno) y el invernadero se encaló en primavera. La precisión del modelo de ETc de CXT Riego fue alta (Figura 2 izq.) con un error medio de 0,24 mm día^-1 respecto a los valores medidos y, con un valor estacional estimado de 287 mm frente a 284 mm.

El modelo de ETc también se ha validado en condiciones climáticas completamente diferentes a las de Almería. La Figura 2 der. muestra la evolución de los valores diarios de ETc medidos y estimados para un cultivo de tomate en un invernadero de Pescia (Italia). Los valores estimados de ETc mostraron una excelente concordancia con la ETc medida (Figura 2 der.) durante todo el ciclo de cultivo con un error de 0,36 mm día^-1.

En ambos casos, los errores de estimación de la ETc fueron relativamente pequeños y pueden asumirse sin mayores problemas en la gestión del riego de los cultivos en invernadero ya que, el agua almacenada en el suelo puede compensar dichos errores.

Plan de riego estacional

CXT Riego permite la elaboración de planes de riego para toda la campaña para los cultivos hortícolas en invernadero a partir de los datos climáticos históricos promedio de una serie suficientemente larga.

Este plan de riego, que está basado en la estimación de la ETc, permite prever anticipadamente el volumen de cada riego durante toda la campaña, así como, la cantidad total de agua necesaria para riego.

La ETc estimada a partir de los valores promedio de una serie histórica de temperatura y radiación solar (ETc histórica) para el cultivo de tomate en invernadero (del 10/09 al 02/05) en Almería ascendió a 301 mm, oscilando entre 0,3 y 1,9 mm d^-1, con un valor promedio de 1,3 mm d^-1. 

La comparación de los valores de ETc histórica con los valores medidos indican que el error medio sería de 0,36 mm día^-1, ligeramente mayor al error de 0,24 mm día^-1 que se obtendría al usar los datos climáticos de esa campaña. 

Para el ciclo de cultivo, la ETc histórica fue un 6 % mayor que la ETc medida, 301 mm frente a 284 mm, respectivamente.

CXT Riego permite la elaboración de planes de riego para toda la campaña para los cultivos hortícolas en invernadero

Conclusiones

La herramienta digital CXT Riego de Plataforma Tierra, basada en el modelo PrHo, es una herramienta precisa para la elaboración de planes de riego para los cultivos en invernaderos mediterráneos. 

Además, ha mostrado una elevada sensibilidad para estimar valores bajos de consumo de agua de la planta y para adaptarse a condiciones agronómicas diversas. 

Referencias bibliográficas

• Allen RG., Pereira L.S., Raes D., Smith M. 1998. Evapotranspiración del cultivo. Guía para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. Estudio FAO Riego y Drenaje 56. 
• Fernández, M.D., Bonachela, S., Orgaz, F., Thompson, R., López, J.C., Granados, M.R., Gallardo, M., Fereres, E. 2010. Measurement and estimation of plastic greenhouse reference evapotranspiration in a Mediterranean climate. Irrigation Science, 28: 497-509.
• Fernández M.D., Baeza E., Céspedes A., Pérez-Parra J., Gázquez J.C. 2008. Validation of on-farm crop water requirements (PrHo) model for horticultural crops in an unheated plastic greenhouse. Acta Hort, 807: 295-300.
• Orgaz F., Fernández M.D., Bonachela S., Gallardo M., Fereres E. 2005. Evapotranspiration of horticultural crops in an unheated plastic greenhouse. Agric Water Manage, 72: 81–96.