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LA RELACIÓN AGUA-SUELO EN LA AGRICULTURA MES. Jesús Héctor Sierra Maldonado D.Ph. Moisés Basurto Sotelo Dra. Ramona Pérez Leal Ph.D. Loreto Robles Hernández Ph.D. Ana Cecilia González Franco 2011 Diseño de la portada: Jesús Héctor Sierra Impreso en los talleres de Encuadernación ARI Ave. Juárez 6905...

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LA RELACIÓN AGUA-SUELO EN LA AGRICULTURA

MES. Jesús Héctor Sierra Maldonado D.Ph. Moisés Basurto Sotelo Dra. Ramona Pérez Leal Ph.D. Loreto Robles Hernández Ph.D. Ana Cecilia González Franco

2011

Diseño de la portada: Jesús Héctor Sierra

Impreso en los talleres de Encuadernación ARI Ave. Juárez 6905 Chihuahua, México ISBN 978-607-7691-94-5 La presentación y disposición de este libro son propiedad del editor. Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida o transmitida mediante ningún sistema electrónico o mecánico (incluyendo el fotocopiado, la grabación o cualquier sistema de recuperación y almacenamiento de información), sin consentimiento por escrito del editor.

Primera Edición: México Año 2011

Impreso en México

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LA RELACIÓN AGUA-SUELO EN LA AGRICULTURA

Agradecimientos Una persona que es mencionada se siente reconocida, si no, se siente herida y en el olvido; la condición humana es así, no puede cambiarse, solo con criterio bien formado sabe una persona que no todos cabemos en un mismo espacio. En esta ocasión debo agradecer a quienes me han ayudado con la producción de este libro que contiene experiencias personales y sobre todo está el apoyo de quien me ayudo a escribirlo, difundirlo, además de promoverlo y sabes que entre esas personas ahí estás tú. A mi Alma mater la Universidad Autónoma de Chihuahua, al señor Rector M.C. Jesús Enrique Seáñez, Sáenz por su apoyo desinteresado al C. al señor director Dr. Jaime Javier Martínez Téllez que ha dado mucho de sí a la Facultad de Ciencias a Agrotecnológicas. Compañeros maestros trabajadores administrativos que mucho han colaborado en el desempeño y mis queridos alumnos que me han hecho absorber juventud, impulso, empuje, tesón y no desistir por su apoyo hacia el que esto escribe, a todos mi agradecimiento. Un libro es un producto que lo amas como a un hijo y un hijo es a quien te debes y para quien existes. Por eso debo reconocer especialmente a mis tres hijas Ana Karina, Jessica Ivethe, Paola a Luis y a mi querida y amada esposa Guille quien me ha impulsado a no desistir de este proyecto y a continuar con muchos más.

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De los autores MOISES BASURTO SOTELO. El doctor Basurto, curso la licenciatura en la Facultad de Fruticultura hoy Facultad de Ciencias Agrotecnológicas de la Universidad Autónoma de Chihuahua, obteniendo el titulo de Ingeniero Fruticultor en Diciembre de 1984. La Facultad de Ciencias Agrotecnológicas le otorga el grado de Maestro en Ciencias de la Productividad Frutícola en 1995. En diciembre del 2005 obtuvo el grado de Doctor en Philosophy, en la especialidad de Recursos Naturales, por la Facultad de Zootecnia y Ecología de la Universidad Autónoma de Chihuahua. Labora en la Facultad de Ciencias Agrotecnológicas como Catedrático de tiempo completo desde 1984 desarrollando experiencia laboral en actividades de docencia, investigación, administrativa y de divulgación entre otras, pertenece al cuerpo académico CA-11 Frutales de Zona Templada con área de especialización en cultivo de Nogal, Hortalizas y Productos Naturales.

RAMONA PEREZ LEAL. La Doctora Ramona curso la licenciatura en la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Sinaloa, obteniendo el titulo de Licenciado Químico Farmacéutico Biólogo en Junio de 1995. Obtuvo la Maestría y el Doctorado en el Instituto de Horticultura del departamento de Fitotecnia en la Universidad Autónoma Chapingo con orientación en Fitoquímica en Junio del 2004. Labora en la Facultad de Ciencias Agrotecnológicas como Catedrático de tiempo completo desde 2008 desarrollando experiencia laboral en actividades de docencia e investigación, pertenece al cuerpo académico CA-11 Frutales de Zona Templada con área de especialización en fitoquímica de Frutales de Zona Templada y Recursos Genéticos propios del Estado de Chihuahua.

LORETO ROBLES-HERNÁNDEZ. Es profesor investigador en la Universidad Autónoma de Chihuahua. Obtuvo su Licenciatura y Maestría en la misma institución en 1992 y 1998, respectivamente y su Doctorado en Fitopatología en la Universidad de Idaho, USA en 2004. Conduce su investigación en el estudio de enfermedades fúngicas, bacterianas y virales en cultivos hortícolas de clima templado. Ha realizado 12 proyectos de investigación de los cuales 10 han sido con financiamiento externo; ha publicado 2 libros, 2 capítulos de libros y 8 artículos en revistas con prestigio nacional e internacional; ha tenido 6 estancias internacionales y 3 nacionales; ha participado en 35 congresos nacionales e internacionales; ha dirigido 4 tesis de maestría (concluidas) y 7 de licenciatura de las cuales 2 están concluidas. Cuenta con varios reconocimientos: 1 por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por pertenecer al Sistema Nacional de Investigadores (SNI), 1 por la Secretaria de Educación Pública-Programa para el Mejoramiento del Profesorado (SEP-PROMEP) por contar con el perfil deseable y 2 primeros lugares por la presentación de los mejores trabajos de investigación otorgados por la Sociedad Mexicana de Fitopatología y la Asociación Mexicana de Microbiología, respectivamente. Actualmente es responsable del área de servicio al público ofreciendo el diagnóstico de enfermedades, carga microbiana y análisis de calidad de frutas y hortalizas.

ANA CECILIA GONZÁLEZ-FRANCO. Es profesora de la Facultad de Ciencias Agroecológicas de la Universidad Autónoma de Chihuahua. Obtuvo su licenciatura en 1990 y su maestría en 1994 en la misma universidad y su doctorado en la Universidad de Idaho, USA en 2004. Se área de investigación se centra en el control biológico de enfermedades y en la Interacción-Microorganismo-Planta. Ha realizado 12 proyectos de investigación de los cuales 10 han sido con financiamiento externo; ha publicado 2 libros, 2 capítulos de libros y 8 artículos en revistas con prestigio nacional e internacional; ha tenido 6 estancias internacionales y 3 nacionales; ha participado en 35 congresos nacionales e internacionales; ha dirigido 4 tesis de maestría (concluidas) y 7 de licenciatura de las cuales 2 están concluidas. Cuenta con varios reconocimientos: 1 por la Secretaria de Educación Pública-Programa para el Mejoramiento del Profesorado (SEP-PROMEP) por contar con el perfil deseable y 2 primeros lugares por la presentación de los mejores trabajos de investigación otorgados por la Sociedad Mexicana de Fitopatología y la Asociación Mexicana de Microbiología, respectivamente. Actualmente es responsable del laboratorio de Microbiología Aplicada, Fitopatología y Fisiología de Poscosecha.

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LA RELACIÓN AGUA-SUELO EN LA AGRICULTURA

PRESENTACIÓN El tema de la agricultura es extenso, y su estudio siempre resulta útil y rico en perspectivas de toda índole, pues es una de las actividades más antiguas del mundo. Desde hace diez mil años el hombre dejó de ser nómada para establecerse en territorios fértiles e iniciar con el cultivo de semillas como el trigo, y partir de ello, domesticar y criar diversas especies animales y vegetales para conseguir su alimento. En la actualidad podemos observar que se han desarrollado en gran medida las técnicas y procedimientos de cultivo. Sin embargo, no todos los avances han sido adecuados para el bienestar del planeta, por lo que es necesario continuar investigando acerca de la agricultura con el fin de obtener del campo lo necesario para la subsistencia humana, haciendo el menor daño posible a los ecosistemas, y procurando optimizar el uso del agua y del suelo. Basado en su amplia experiencia en el área de la agricultura, los autores presentan ahora el libro que usted, estimado lector, tiene en sus manos. Se trata de un recorrido que lo conducirá en una amena lectura con la evolución de la agricultura desde sus inicios hasta nuestros días, analizando cómo con el apoyo de las nuevas tecnologías es posible medir y escudriñar qué hay debajo del suelo, y de qué manera se comporta para producir los vegetales y frutos que llegan a la mesa de los consumidores. Los temas del suelo, la humedad, la evaporación, la salinidad, las necesidades hídricas de las plantas, y su relación con la productividad son los constituyentes principales que definen los sistemas de riego, la clasificación del agua, los distintos aparatos para aforar canales, medir el agua en las tuberías, el agua subterránea, la perforación de pozos profundos, el consumo de energía y el costo del bombeo. El reto actual de la agricultura estriba en lograr la autosuficiencia alimentaria para millones de habitantes en el mundo. México tiene los recursos naturales necesarios para iniciar el despegue y retomar el camino que nos conduzca a su optimización: el mejor aprovechamiento del agua, la conservación y cuidado del suelo fértil. Éste es el objetivo de los autores quienes nos invitan a reflexionar sobre la relación agua-suelo en la agricultura.

Luis Madrid Guerra

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .....................................................................................................7 RELACIÓN SUELO-AGUA-PLANTA .......................................................................8 PARTICULARIDADES DEL SUELO Y SU HUMEDAD ..........................................15 LOS POTENCIALES DEL AGUA EN EL SUELO ..................................................21 MOVIMIENTOS DEL AGUA EN EL SUELO ..........................................................31 LA EVAPORACIÓN DEL AGUA DEL SUELO .......................................................35 CUÁNDO Y CUÁNTO REGAR ..............................................................................36 Los principios del riego. ...............................................................................37 INFLUENCIA DE LA SALINIDAD EN LA PRODUCTIVIDAD .................................47 Movimientos de sales en el suelo. ...............................................................47 Pruebas que detectan salinidad. .................................................................52 Efectos de la salinidad en las plantas. .........................................................53 RESPUESTAS Y ADAPTACIONES DE LAS PLANTAS AL ESTRÉS ABIÓTICO .56 LOS FERTILIZANTES Y LOS ABONOS ................................................................71 LA CLASIFICACIÓN DE AGUAS DE RIEGO ........................................................77 AFORO DEL AGUA ...............................................................................................82 Aparatos para aforar canales. .....................................................................87 Aparatos para medir el agua en tuberías.....................................................92 AGUA SUBTERRÁNEA Y POZOS PROFUNDOS ................................................94 Tipos de acuíferos .......................................................................................95 Hidráulica del agua del subsuelo. ................................................................97 Perforación de pozos profundos. ...............................................................100 SISTEMAS DE BOMBEO ....................................................................................103 COSTOS ..............................................................................................................115 Cálculo de consumo de energía y costo de bombeo. ................................115 Sinopsis de costos. ....................................................................................116

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LA RELACIÓN AGUA-SUELO EN LA AGRICULTURA

INTRODUCCIÓN El agua y el suelo interactúan para nutrir las plantas; también la atmósfera juega un papel importante. Así pues, existe una estrecha relación entre agua, suelo, atmósfera y planta. El objetivo de este libro es, precisamente, mostrar la conexión de estos elementos en la agricultura, y establecer la importancia del agua en dicha actividad. El 20% del agua dulce del planeta se destina al consumo humano (agua potable) y a la industria, mientras que el 80% es manipulado para su uso en la agricultura. De este porcentaje, los productores agrícolas desperdician un 50% debido a la falta de conocimiento sobre la cantidad de agua que requieren las plantas para subsistir, el modo adecuado de su suministro, el movimiento del agua en los horizontes del perfil del suelo cuando se riega, y su utilización limitada. A pesar de que todos estos factores se traducen en un mal manejo del agua, son pocos los agricultores que analizan el problema y buscan métodos para abatir dicho mal. (http://es.wikipedia.org/wiki/Agua). El manejo eficiente del agua en el suelo hace que el lector tome conciencia sobre la necesidad de cuidarla, mediante técnicas y fórmulas que se aprenderán en el desarrollo del presente libro. Se hablará además sobre la agro-climatología, misma que trata sobre la influencia del clima y la posición geográfica de un predio en el desarrollo de los cultivos. Se abordarán también algunos conceptos propios de la edafología, como las propiedades físicas y químicas del suelo, y cómo intervienen éstas en la mejora del uso del agua para riego. En lo que respecta directamente al agua, se tratará el tema de cómo regar en relación con la hidráulica, materia fundamental para el uso eficiente del agua para riego. El tema de cuánto regar se refiere a los modelos desarrollados para conocer la cantidad de agua que un cultivo requiere, y la capacidad de retención de humedad que un suelo presenta en los horizontes de su perfil. Todo esto conlleva a la pregunta sobre cuándo regar, calculando la cantidad de agua que el suelo le proporciona a la planta para utilizarla en sus tejidos, la que transpira y la que se evapora del suelo.

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RELACIÓN SUELO-AGUA-PLANTA El suelo es la base sobre la que crecen las plantas, en él debe edificarse cualquier sistema de riego. Debe ser regable, es decir, capaz de sostener rendimientos suficientemente altos para pagar los costos de establecimiento, más los costos de operación y conservación del área. (Aguilera, 1996) El agricultor debe ser capaz de lograr un beneficio con el riego sin causar daños al suelo. A continuación se presenta una breve descripción de las características de los suelos que se relacionan más directamente y afectan el diseño y operación de un buen sistema de riego. Cuadro 1. Tamaño de las partículas según la clase textural (Martínez, 1968). Clases texturales Arcilla Limo Arena fina Arena gruesa

Diámetro de las partículas en mm. Menos de 0.002 0.002 a 0.02 0.02 a 0.2 0.2 a 2.0

Los diferentes tamaños de las partículas del suelo, las mezclas entre ellas, sus características químicas debido a su constitución y la influencia de agentes externos le dan a los suelos agrícolas rasgos muy particulares. Un suelo consiste en diferentes combinaciones de estas partículas. Se reconocen doce texturas distintas, a saber: arcilla, arcilla arenosa, arcilla limosa, migajón, migajón arcilla, migajón limo, migajón arenoso, migajón arcillo-arenoso, migajón arcillo-limoso, arena, arena migajosa y limo. Respecto de la composición del suelo, existe el llamado “Triángulo de texturas” publicado por el United States Department of Agriculture (USDA), que ha sido útil durante décadas a los laboratoristas y técnicos como la primera referencia de clasificación textural y el uso práctico para el manejo de los suelos.

Figura 1. Representación del triángulo de texturas.

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LA RELACIÓN AGUA-SUELO EN LA AGRICULTURA

Algunas veces, por comodidad, la bibliografía cita sólo tres grupos de texturas que son: a) Suelos de textura media.- Migajón, migajón arenoso, migajón limoso, algunos migajones arcillo-arenosos y migajón arcilloso. b) Suelos de textura gruesa.- Arena, arena migajosa y algunos migajones arenosos. c) Suelos de textura fina.- Arcilla, arcilla arenosa, arcilla limosa, algunos migajones arcilloarenosos, migajones arcillo limosos y migajones arcilla. Debido a la diferencia en el tamaño de la partícula, la superficie expuesta de un determinado volumen de suelo es muy importante ya que es ahí donde se llevan a cabo la gran mayoría de las reacciones químicas. Además, mientras más pequeñas son las partículas el movimiento del agua se hace más lento, y también se aumenta la cantidad de agua que un suelo puede retener. Debido a la diferencia en el tamaño de las partículas, la superficie expuesta de un determinado volumen de suelo es muy importante ya que es ahí donde se lleva a cabo la gran mayoría de las reacciones químicas. Además, mientras más pequeñas son las partículas, el movimiento del agua se hace más lento, y también aumenta la cantidad de agua que un suelo puede retener.

Figura 2. Comparación de las partículas del suelo según 5 métodos.

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Estructura del suelo Las partículas de los suelos se aglutinan o integran formando agregados, debido a la fuerza de cargas eléctricas y la influencia de agentes externos como la materia orgánica. Esto genera la “Estructura del suelo”, que se describe por la forma, el tamaño o la fuerza de la unión de los agregados. Los agregados se clasifican de seis maneras: prisma (extremo plano), columnar (extremo redondeado), bloques angulares, bloques sub-angulares, platiforme y granular.

Forma en prisma Forma en columna Figura 3. Formas de los agregados del suelo en donde se observa la forma en prisma y la columnar (http://www.miliarium.com/Proyectos/SuelosContaminados/Anejos/Perfil_suelo2.gif).

Comúnmente, la arena, el limo y la arcilla se combinan en pequeños agregados, que a su vez se unen en agregados mayores formando los terrones del suelo. Mientras la estructura platiforme restringe la penetración del agua y de las raíces en el suelo, la granular es la deseable para la germinación, por lo cual es la que el agricultor pretende formar con las prácticas de cultivo. Los agregados de gránulos o bloques tienden a cementarse en sus puntos de contacto. Esto trae como consecuencia un suelo en donde no se distinguen los agregados, y lo que se observa, más bien, es una masa de suelos con muchos poros. El tipo de agregado y su arreglo determina la distribución de los espacios porosos del suelo. Un suelo con una buena estructura tiene tanto macro como micro poros que permiten que el aire, el agua y las raíces se muevan, y en el caso de éstas últimas, que crezcan con libertad.

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LA RELACIÓN AGUA-SUELO EN LA AGRICULTURA

Profundidad del suelo La profundidad del suelo es un término edafológico cuya representación tiene lugar cuando éste tiene las características ideales para el desarrollo y la penetración de las raíces. La profundidad del suelo es importante para el crecimiento de la planta porque se relaciona con el almacenamiento del agua y los nutrientes, así como con la capacidad de extensión radicular. La profundad de un suelo puede observarse en los cortes de las carreteras, las riberas de los ríos o en perforaciones con barrena u otro implemento. Una buena alternativa para muestrear suelos es el uso de la barrena; los agujeros deben medir por lo menos 1.5 metros, a no ser que haya roca o sustratos compactados. La penetración de las raíces y del agua a través del suelo se altera por las capas que tienen diferente textura que las demás. Si un estrato e perfil tiene una cantidad apreciable de arcilla, éste impedirá el movimiento del agua y la acumulará encima de él, lo cual puede dañar las raíces. El término “profundidad efectiva de enraizamiento” se refiere a la porción del suelo favorable para el crecimiento de las raíces de las plantas. En un suelo aluvial, la profundidad efectiva puede ser de 1.5 m o más. En un suelo con pan de arcilla puede ...