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Phyton (Buenos Aires)

versión On-line ISSN 1851-5657

Phyton (B. Aires) v.73  Vicente López ene./dic. 2004

 

ARTÍCULOS ORIGINALES

Relación entre los componentes del balance de energía y la resistencia estomática en el cultivo de melón bajo acolchado plástico (con 2 figuras y 1 cuadro)

Munguia J*1, A Zermeño2, R Quezada1, M De La Rosa3, L Ibarra1, A Torres-B4

1Centro de Investigaciones en Química Aplicada. Departamento de Agroplásticos. Saltillo, Coahuila, México. 25100.
*Correspondencia.munguia@polimex.ciqa.mx
2Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Departamento de Riego y Drenaje. Buenavista, Saltillo, Coahuila, México. 25315
3Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Departamento de Botánica. Buenavista, Saltillo, Coahuila, México. 25315
4INTA, Matagalpa, Nicaragua, Centro América

Recibido 06.XI.03; Aceptado: 17.XII.03

Abstract. This study analyzes the relationship between the changes in the energy balance components and the muskmelon stomatal resistance under plastic mulch conditions. This experiment was conducted in a muskmelon crop with and without plastic mulch, from April to July, 1998. To measure the energy balance components (net radiation (Rn), latent heat flux LE, sensible heat flux H and surface soil flux G). Eddy covariancestations were used; one was located in the plastic mulch section and the otherin the section withno plastic mulch.Each stationconsisted offast response kryptonhygrometer, aonedimensionalsonic anemometer anda fine wirethermocouple. The stations also have a net radiometer, 2 soil heat flux plates and two soil thermocouples of 4 parallel ends. The station in the plastic mulch section also had measurements of wind speed and direction. The stations gave average 20-min values of Rn, LE, H and G. The stomatal resistance was measured by using two diffusion porometers. The measurements were taken once every 8 days in 2 leaves/plants of 4 plants per section (with and without plastic mulch). Theses measurements were taken from 13:00 to 14:00 hrs. The results of this study indicated that the stomatal resistance, the apparent temperature of the surface, and the canopy temperatures were higher under plastic mulch. The energy components, net radiation, latent heat flux and sensible heat flux were also higher under plastic mulch. The plastic mulch induced a precocity to the crop, with an early harvest.

Key words: muskmelon, Eddy covariance, energy balance, and stomatal resistance.

   El adecuado manejo y la tecnificación del cultivo de melón y un buen híbrido son la clave para incrementar la productividad y obtener una fruta de mayor calidad. El uso de películas plásticas en la agricultura ha permitido una mayor expresión genética de muchas plantas de importancia económica. La versatilidad que presenta el utilizar acolchadoplástico ha generado nuevas técnicas y aplicaciones en el sector agrícola.
   
Las exigencias de clima y suelos que requiere el melón, no permiten que muchos países puedan destinar una superficie considerable para su producción. Así, en el decenio (1992-2001) cinco países fueron los más importantes productores de melón: China, Turquía, Estados Unidos, España e Irán, los cuales conjuntamente dan cuenta del 60% de la producción mundial (18). El melón mexicano ha mantenido su importancia en el mercado internacional por su alta calidad y producción. La producción nacional de melón en 1992-2001 disminuyó en 5.7% (28 mil toneladas). En este periodo, los principales estados mexicanos productores de melón fueron Durango y Sonora, seguidos por Michoacán, Coahuila y Guerrero, que en conjunto sumaron 60% de la producción nacional (18).
   
El melón requiere para su óptimo desarrollo: temperatura alta, baja humedad relativa y suficiente agua en los períodos de mayor crecimiento y durante la maduración de los frutos (5, 21). Estas necesidades quedan cubiertas con el uso de tecnologías más avanzadas como el acolchado de suelo y riego por goteo, las cuales proporcionan ventajas como: ahorro del agua, control de malezas, incremento en la temperatura del suelo, precocidad en las cosechas, incremento en el rendimiento y mayor calidad en la producción (24).
   
El uso de acolchados plásticos para la producción de hortalizas se ha incrementado significativamente en los últimos años debido a investigaciones que han mostrado sus beneficios. La mayoría de estos trabajos se han llevado a cabo en parcelas pequeñas y solo considerando el efecto del acolchado plástico en la temperatura del perfil superior del suelo. Sin embargo, la presencia de los acolchados puede tener efecto en los componentes del balance de energía y en la resistencia estomática(rs), lo que a su vez repercutiría en un efecto fisiológico que afectaría el crecimiento y desarrollo del cultivo del melón, sin embargo, los mecanismos biofísicos que inducen el cambio en la respuesta de las plantas al nuevo entorno no han sido adecuadamente investigados.
   
El color del acolchado plástico determina su comportamiento de energía radiante y su influencia sobre el microclima alrededor del cultivo. La respuesta de las plantas está en funciónde la interacción de la calidad de la luz reflejada por la superficie del acolchado y por la capacidadde cada color para permitir el paso de la radiación solar e incrementar las temperaturas del suelo. Dependiendo de las propiedades del acolchado(reflexión, transmisión y absorción), será el grado de influencia sobre la temperatura del suelo y el microclima del follaje del cultivo (16).
   
Los acolchados pueden transmitir, absorber o reflejar una parte de la radiación incidenteen cada una de las longitudesde onda del espectro electromagnético; algunos pueden transmitir casi toda la radiación en una longitud de onda, mientras que otros pueden absorber o reflejar fuertemente la radiación en otra longitud de onda (11). Los resultados de las investigaciones realizadas en acolchados de colores demuestran que se dan cambios en el microclima de la planta (balance espectral, calidad de la luz y temperatura de la zona radical), que podrían actuar como sistemas de reguladores naturales dentro de la planta para influenciar el crecimiento y rendimientodel tomate (3) y del pimiento (4).
   
La mayoría de los artículos describen estudios empíricos de la respuesta del cultivo al acolchado de suelo, pero pocos incluyenmediciones continuas de variables micrometeorológicas relevantes. Esto es desconcertante como mencionaya que la tasa de transpiración de la planta, y consecuentemente su temperatura están fuertemente relacionadas con su microclima.
   
Los datos micrometeorológicos pueden contribuir a la identificación de mecanismos fisiológicos que conduzcan a respuestas de un cultivo al ambiente de un acolchado de suelo. Sin embargo, mediciones de pocas horas o días son inadecuadas para interpretarcambios en el microclima de semanas o meses.
   
La biometeorología se encarga de estudiar lo concerniente a los procesos físicos que gobiernan los intercambios entre las superficies biológicas y la baja atmósfera, tales cambios pueden ser de momento, de calor sensible, de vapor de agua, además de varios gases y partículas de materias. En individuos como en comunidades, estos procesos son fundamentales para entender cómo los cultivos agrícolas utilizan el agua y como las comunidades vegetales intercambian el dióxido de CO2 con la atmósfera (2).
   
La mayoría de los estudios han medido el efecto del acolchado en el incremento dela temperatura del perfilsuperior del suelo y su efecto en el crecimiento y desarrollo delos cultivos (25).Sin embargo la presenciadel acolchado en la superficie del suelo, tiene efecto significativoen todos loscomponentes de la ecuación debalance de energía. La ecuación del balance de energíasobre una cubierta vegetal, ecuación que, eliminando los términos misceláneos puede escribirse:

(1)

   Donde Rn es la radiación neta, H es el flujo de calor sensible, LE es el flujo de calor latente y G es el flujo de caloren el suelo. El flujo decalor sensible y el latente pueden ser medidos usandolas estaciones Eddyde acuerdo con las siguientes expresiones matemáticas:

(2)
(3)

   Donde ra es la densidad del aire, Cp es la capacidad calorífica del aire, les el calor latente de evaporación,W´T´es la covarianza entre la velocidad vertical del viento y la temperatura del aire y Wrves la covarianza entre la velocidad vertical del viento y la densidad del vapor de agua. Varios estudioshanmedidolos componentes del balance deenergía en cultivos sin acolchado de suelo(2, 12, 14, 26). Pero pocos trabajos se han llevado a cabo para explicar los efectos térmicos de los acolchados en base a las modificaciones de los componentes del balance de energía en la superficie y son poco conocidos los procesos de intercambio de energía entre los cultivos con acolchado plástico y el aire. Sin embargo la presenciadela película de plástico en la superficie del suelo cambia el albedo oel índice de reflectividada la radiación solar,reduce la perdida de agua por evaporación desde la superficie del suelo e incrementa la temperatura del perfil superior del suelo,estos cambiosafectanla Rn y el G.
   
Sin embargo, estas cubiertas pueden tener también un efecto importante en el comportamiento de los estomas (1), los cuales puedenincrementarsu resistencia ante algunos factores climáticos (19, 22, 23) y la relación de los mismos con los componentes del balance de energía(10, 15, 26).
   
Por lo anterior, en el presente trabajo se estudió la relación entre los componentes del balance de energía y la resistencia estomática, en un cultivo de melón comparando un tratamiento con acolchado plástico y un control sin acolchar.

MATERIALES Y METODOS

   El trabajo experimental se realizó en el Rancho los Arrepentidos en Paila, municipio de Parras de la Fuente, Coahuila, a 136 Km al Poniente de la ciudad de Saltillo, Coah. y a una altitud de 1110 msnm. El clima de la región de Paila de acuerdo a la clasificación de Köeppen para la República Mexicana se define como un seco estepario con días calurosos a finales de la primavera y en el verano, con una temperatura media anual de 18 a 36º C. La precipitación es escasa y se presenta en junio a septiembre, con un rango de 250 a 400 mm anuales.
   
El área experimental se estableció en un lote de 10 ha de cultivo de melón con acolchado de suelo y riego por goteo a escala comercial. En esta superficie, una hectáreano se acolchó para dejarse como sección testigo (Figura 1). El plástico utilizado en el acolchado de suelo fue de polietileno negro de 37.5 micras de espesor y 1.20 m de ancho. El marco de plantación fue de 1.83 m entre hileras de plantas y 30 cm entre plantas, se trazaron camas de siembra de 0.63 m de ancho y 20 cm de alto, dejando un pasillo entre las camas de 1.2 m.La siembra se realizó el 7 de abril de 1998 usando el híbrido Cruiser F1, Después de la siembra se regó hasta alcanzar capacidad de campo y posteriormente se regó diariamente 5 h y al final del ciclo agrícola cada tercer día con un tiempo de riego de 5 h. Los tiempos de riego fueron los mismos en ambas secciones.


   Manejo agronómico del cultivo. El manejo agronómico fue igual para las dos secciones, la fertilización y el control de plagas y enfermedades se realizaron conforme al paquete tecnológico empleado por el productor.
   
Instalación de las estaciones Eddy.Los componentes de la ecuación del balance de energía se midieron usando dos estaciones Eddy covariance (Campbell Scientific, Inc. Logan U). Una estación fue colocada en la sección de terreno con acolchado de 9 hectáreas y la otra se colocó en la sección no acolchada de una hectárea Figura 1a. Ambas estaciones fueron colocadasal lado Oeste de cada una de las secciones de estudio, con la finalidad de obtener el máximo fetch para las condiciones de los vientos dominantes del Este. Cada estación Eddy consistió de un anemómetro sónico (CA27), un higrómetro de kriptón (KH2O), un termopar de alambre fino (127 µ) y un datalogger (21x), además en cada estación se midió la radiación neta (Net Radiometer Q-7.1), el flujo de calor en el suelo se midió con un plato de flujo de calor [(HFT-3) (Figura b)] y el contenido de humedad en el suelo con un water content reflectometer (CS621). La velocidad y dirección del viento con un anemómetro de copa y una veleta (03001-5 y 03101-5 R.M. Young) se midió en una estación de la relación.
   
Medición de los componentes del balance de energía. Las estaciones Eddyse colocaron en la parcela acolchada y en laparcela no acolchada con la finalidad de realizar mediciones simultáneas para comparar el efecto del acolchado de suelo en los componentes de laecuación del balance de energía. Las estaciones registraron datos de temperatura del aire (ta), humedad específica (q) y velocidad vertical del viento (w) a una frecuencia de 5 Hz, la Rn, el G; la velocidad y dirección del viento se registró cada 20 segundos y el contenido de humedad en el suelo (qw), se registró una vez cada 20 min, para hacer promedios cada 20 min de todas las observaciones puntuales, estas mediciones se tomaron continuamente desde el 15 de abril hasta el 7 de julio en las dos parcelas. Con estos datos se obtuvieron los promedios de 20 min de flujo de calor latente (LE), flujo de calor sensible (H), flujo de calor del suelo (G), además de la radiación neta (Rn), contenido de humedad en el suelo (qw), velocidad y dirección del viento.
   
La altura a la cual sé midió la radiación neta fue 1.7 m con la finalidad de cuantificar la parte con plástico y la parte sin plástico en la sección acolchada, en la sección no acolchado la altura del sensor de radiación neta fue la misma. Los platos de flujo de calorse colocaron a 8 cm de profundidad en la parte de la cama con acolchado y sin acolchado, además se colocaron en el pasillo, Fig. 1b (parte seca). Para obtenerel promedio ponderado del flujo de calor en cada superficie, en funcióndel porcentaje de área cubierta por camas y por pasillos (parte seca)
   
Medición de la temperatura de la superficie. La temperatura aparente de la superficie del acolchado plástico, de la cama de cultivo y del pasillo entre camas se midió con termómetro infrarrojo para tener una comparación de las condiciones puntuales de cada una de las condiciones que guardaban las superficies participantes en nuestro trabajo experimental.
   
Estas mediciones se realizaron cada 8 días midiendo únicamente la superficie de interés, por ejemplo cuando se midió la superficie del plástico se evitó estar midiendo el follaje o el suelo desnudo, las lecturas se tomaron a un metro de distancia de la superficie.
   
Recolección de datos en campo. Cada semana se recabó la información mediante una computadora portátil y se dio el mantenimiento de limpieza a las ventanas del higrómetro de kriptón; se confirmó que los termopares de alambre fino no estuvieran dañados, así como los transducer del anemómetro sónico.
   
La resistencia estomática (rs) se midió utilizando dos porómetros portátiles: uno marca LI-COR modelo LI-1600, Nebraska, USA y otro AP4 Delta T-Devices, Cambridge, UK. Las mediciones se hicieron entre las 13.00 y 14.00 horas cada ocho días durante el ciclo vegetativo del cultivo, hasta la fecha inicio de cosecha.
   
Las variables agronómicas consideradas en este trabajo fueron: días a emergencia, días a aparición de primera hoja verdadera, días a inicio de guías, longitud de guía principal, número de guías por planta, días a maduración y cosecha y rendimiento total.

RESULTADOS & DISCUSION

   En el cuadro1 se observan los valores de los componentes del balance de energía (radiación neta, flujo de calor sensible, flujo de calor latente, flujo de calor en el suelo y resistencia estomática) obtenidos en este experimento.

    Se muestra que la (rs) tiende a ser mayor en la sección acolchada esto pudo serinfluido por el incrementode la temperatura del plástico negro debido a que altas temperaturaspueden provocar el cierre de los estomas. Losvalores menores de (rs) en la sección sin acolcharse pueden deber a las bajas temperaturas de las camas húmedas.
   Setenta y nueve días despuésde la siembra, las plantas en la seccióncon acolchadopresentan el valor más alto de (rs) (214 sm-1),mientras que en la sección sin acolchadoel valor fué (121sm-1), sugiriendo que las hojas en la sección acolchada se encontraban en un estado avanzadode madurez, mientrasque las hojasde las plantas en la sección sin acolchadopresentan un estado más joven.
   (Rn). Se encontró un comportamiento en general, ligeramente ascendente con respecto al tiempo en los valores de esta variable, en ambos tratamientos. Excepto en 66 dds donde se da una ligera fluctuación en la Rn en ambos tratamientos, que volvió a incrementarse conforme avanzó el desarrollo del cultivo. Como se mencionó en la metodología, los valores de Rn se tomaron de las 13:00 a las 14:00 h y posiblemente el día 66 correspondió a algún período de nubosidad.
   En el tratamiento con acolchado se registraron los valores más altos de Rn con 676 W m-2 a los 79 dds, y también los valores más altos de (rs) (214 s m-1) en el mismo día. Comparando los valores de Rn y (rs) en el tratamiento de acolchado a los 45 y 79 dds (valores mínimos y máximos respectivamente), la Rn se incrementó en un 20.7%, mientras que la (rs) lo hizo en un 58.4%. En cambio, en el tratamiento no acolchado, no se muestra la misma relación entre estas dos variables pues mientras con la máxima radiación recibida (513 W m-2) a los 72 d, se tuvo una (rs) de 107 s m-1 y a los 52 dds una radiación de 462 W m-2, se observó la mayor (rs) (154 s m-1). Se reportan una diferencia de 35 W m-2 entre el acolchado y el suelo sin acolchar, además de mencionar que esta diferencia se reduce conforme el cultivo se desarrolla y cubre el acolchado plástico. La Rn en el tratamiento acolchado es mayor que en el suelo desnudo debido a que el plástico negro absorbe el 96% de la radiación solar, mientras que el suelo desnudo solo absorbe el 76% (20, 6).
   Aunque en el tratamiento sin acolchar también se muestra una tendencia a aumentar la radiación neta conforme avanza el cultivo, la respuesta de las plantas fue muy variable por lo heterogéneo de las condiciones de un ambiente de suelo sin acolchar, comparado con las condiciones del suelo acolchado.
   Flujo de calor latente (LE). Los datos del (LE) registrados por la estación Eddy, muestran una clara tendencia a incrementarse con el tiempo. Los valores de evapotranspiración del tratamiento acolchado a los 45 y 52 días, fueron menores que en el tratamiento sin acolchar, lo cual resulta lógico y normal, pues una superficie sin acolchar esta expuesta totalmente a la radiacióny a un mayor flujo de energía como producto de la evaporación del agua directamente del suelo desnudo, sin embargo, a medida que el cultivo se desarrollóy aumentó más rápidamente su área foliar sobre la superficie de acolchado, también se incrementó su transpiración y con ello el LE. Se ha encontrado que una superficie acolchada solo reduce en un 6.4% la evapotranspiración comparado con una sin acolchar, pero al analizar la transpiración, encontraron que se incrementó en un 16%, lo cual se explica por las mejores condiciones de humedad en el suelo acolchado.
   Relacionando la Rn con el LE, se encontró que entre la menor y la mayor radiación recibida en el tratamiento acolchado, hubo una variación del 20.7%, mientras que en el tratamiento sin acolchar la variación fue del 11.5%, en cambio, el LE, considerando los mismos días donde la radiación fue mínima y máxima, varió en un 82.8% en el acolchado y una variación del 40.0% del no acolchado.La anterior disparidad de valores fue causada por el incremento significativo en la transpiración del día 59 en adelante, debido al crecimiento acelerado y desarrollo precoz de las plantas exhibido en el tratamiento acolchado. (13) Martínez, halló resultados similares y establece que el valor del flujo de calor latente se incrementa a través del ciclo de cultivo, conforme aumenta el área foliary existe mayor área de transpiración.
   Flujo de calor sensible (H). Los valores de H tuvieron un incremento a medida que se incrementó la Rn. En el tratamiento acolchado fueron mayores los registros de esta variable en todos los muestreos,comparados con el tratamiento no acolchado, lo anterior, debido a que la superficiedel polietileno refleja mayor radiación hacia la atmósfera, que la superficie irregular del suelo. Se considera que el acolchado con plástico negro es la mayor fuente de calor sensible en el campo de cultivo y está en función directa con la radiación neta recibida en el plástico. Su tendencia se comporta inversamente proporcional al desarrollo vegetativo del cultivo (20).
   Note que en la seccióncon acolchado, los valores mas altos de (rs) se observarona los 72 y 79 dds (210 y 214 sm-1); estosvalores corresponden a los valoresrelativamentealtos de H (146 y 152 Wm-2). Esto indica un calentamiento del follaje debido a un decremento en la taza de transpiracióndel cultivo, con el correspondiente incremento en el H.
   Analizando la fluctuación del flujo de calor sensible entre el valor mínimo y máximo registrado, se encontró un incremento de 15.1% en el área acolchada, mientras que para la no acolchada fue del 70.5%.
   Flujo de calor en el suelo (G). Los valores del G mostraron un comportamiento ligeramente variable durante el desarrollo del cultivo en la sección acolchada, y con mayor variabilidad en la no acolchada. En el tratamiento acolchado se registraron los valores más altos de G, aunque la variación entre el valor máximo y mínimo de esta variable (58%) fue similar para ambos tratamientos.
   En la Fig. 2 superior presenta el comportamiento de la temperatura de la hoja (Th),en la sección con acolchado, las cuales son altos con fluctuaciones pequeñas. En este casose observó una tendenciaascendente,la que disminuyó cuando el cultivo alcanzó su desarrollo.
   
En la figura 2 inferior se muestra los resultados en la sección sin acolchado, se observa valores bajos de temperatura al inicio y al final del ciclo de cultivo, valores mayores se observan a mediados del ciclo de cultivo. En general, los valores promediosfueron para la sección acolchada, 37ºC y para la noacolchada 36 ºC.

   Se puede observar que a medida que la temperatura foliar disminuye, también disminuye la RE.

CONCLUSIONES

   La resistencia estomática (rs) fue mayor en la sección con acolchado, lo cual correspondió con una mayor temperatura foliar. La radiación neta (Rn), afecta la resistencia estomática (rs) ya que esta fue mayoren la sección con acolchado. Los valores del flujo de calor latente (LE) fueron altos cuando laresistencia estomática (rs) fue baja en la sección con y sin acolchado.
   
Los resultados de este trabajo muestran que las características de la película de polietileno negro utilizada en el acolchado afectaron el balance de radiación de onda corta y larga, incrementando ligeramente la radiación neta sobre el cultivo de melón con acolchado de suelo. El flujo de calor sensible fue mayor en la sección acolchada al inicio del cultivo. Sinembargo, este fue aproximadamente igual con y sin acolchado después de que se alcanzó la cobertura definitiva.
   
El LE fue apreciablemente mayor en la sección sin acolchar en las primeras etapas de desarrollo del cultivo; sin embargo, se observó que LE es mayor en la sección acolchada después de llegar a la cobertura máxima. Al inicio del cultivo, la pérdida de agua solo se dio por la transpiración de las plantas en el tratamiento acolchado, mientras que en el sin acolchar LE fue por la transpiración más la evaporación directa de la superficie del suelo. La relación LE/Rn fue alta en las etapas iniciales del cultivo, pero al final disminuyó.
   
La relación H/Rn presentó una tendencia a disminuir conforme se desarrolló el cultivo, debido a que el follaje de las plantas va cubriendo la superficie del terreno. Al final del ciclo de cultivo el mayor desarrollo en la sección acolchada se reflejó en un valor menor de la relación H/Rn y un aumento de la relación LE/Rn.

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