Riesgos Agroclimáticos
MAPAS DE RIESGO DE DÉFICIT Y EXCESOS HÍDRICOS
INTRODUCCIÓN

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Region Pampana
Region Noreste

 

 

En general, el análisis tradicional del riesgo climático se basa en estadísticas de las variables climatológicas. Por ejemplo, para evaluar el riesgo de sequía se analiza la serie pluviométrica de la localidad de interés. La pregunta es si una “sequía meteorológica” para determinado cultivo, por ejemplo, para el maíz, lo será también para la soja. Es muy probable que un valor de lluvia que resulta insuficiente para el maíz resulte suficiente para la soja.

Lo adecuado es entonces analizar la probabilidad de sequía para cada cultivo en particular, ya que los requerimientos hídricos de los mismos son diferentes. Lo mismo sucede con los excesos acumulados en un periodo, que no se pueden relacionar directamente con el concepto de “lluvia excesiva”, ya que dependen de el mayor o menor consumo de la cobertura vegetal, la capacidad del suelo de incorporar agua, etc.

Es por esto que se ha optado por considerar la variable derivada “reserva o almacenaje de agua en el suelo”, en lugar de la variable básica “precipitación” en la evaluación de riesgo de sequía o excesos. Para esto es necesario contar con una estimación de la reserva, lo cual puede realizarse por distintos métodos, que serán analizados en el próximo ítem.

En resumen, la metodología alternativa que se propone se basa en la ponderación del impacto de las variables meteorológicas en cada cultivo en particular. Este tratamiento involucra un importante valor agregado al considerar el sistema completo: la atmósfera, el suelo y el cultivo. También representa un trabajo considerablemente mayor, que estimamos ampliamente justificado para arribar a resultados ajustados a la realidad de los cultivos.

ANTECEDENTES

Se propone entonces la utilización de modelos de balance hídrico diario, basados en registros diarios de precipitación, de los cuales es posible obtener series consistidas, de longitud apropiada, y correspondientes a mediciones estandarizadas según normas internacionales (OMM).

El conocimiento del comportamiento habitual de la dinámica del agua en el suelo en un lugar a lo largo del año, y a su vez la distribución geográfica de esa dinámica en áreas agropecuarias importantes como la región pampeana, ha sido uno de los principales desafíos que ha tenido siempre la agrometeorología, tanto en el país como en el extranjero.

Luego de indagar acerca de métodos más modernos aplicables y probados en Argentina, se ha identificado un método de balance hidrológico diario probado en numerosos trabajos realizados en el CIBIOM-CONICET (Forte Lay J.A. y Burgos J.J., 1978; Forte Lay J.A. y otros, 1983; Forte Lay y otros, 1985; Forte Lay y otros,1987; Troha A. y Forte Lay J.A.,1990), en los cuales se compararon resultados estimados con mediciones realizadas a campo, se decidió utilizarlo contando con datos a tiempo casi real de precipitación de unas 45 estaciones del Servicio Meteorológico Nacional (SMN), distribuidas en la región pampeana y en sus límites.

Este método se establece entre tres componentes: la oferta de agua que es la precipitación (PP), la demanda potencial atmosférica de agua que es lo que denominamos evapotranspiración (ETP) y la caja o reservorio de agua el suelo (ALM). Como el suelo y la vegetación que lo cubre no siempre ceden a la atmósfera toda el agua que les es demandada, definimos el concepto de evapotranspiración real (ETR), que es la que realmente se produce ante una determinada evapotranspiración potencial y un determinado almacenaje. La evapotranspiración real es siempre menor o igual a la potencial.

La disponibilidad de mayor información básica para el proyecto de Mapas de Riesgo Agropecuario (ORA – MAGyP) ha permitido incluir a este esquema inicial otros términos que, según el tipo de suelo y a la escala de trabajo considerada, resultan significativos.

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1. Zonificación y parámetros del suelo

La zonificación en función de parámetros del suelo fue realizada por el Instituto de Suelos del INTA Castelar.

Para cada una de las unidades cartográficas se identificó una serie patrón (serie de suelo predominante), de la cual se dispone de información tal como: tipo y profundidad de horizontes, textura, pendiente, tipo de drenaje, de escurrimiento y de permeabilidad, porcentaje de arcilla, de limo, de arena y humedad equivalente por horizonte, etc.

El Instituto de suelos ha provisto además fórmulas adecuadas para el cálculo de la capacidad de campo (CC) y del agua útil máxima (AU) en función del porcentaje de arcilla, la humedad equivalente y la profundidad de cada horizonte. Luego se procedió al cálculo del punto de marchitez permanente (PMP = CC – AU) y de un nivel tentativo de sequía condicional (NSC = PMP + 0.25 AU).

2. Parámetros de los cultivos

La metodología de balance hídrico propuesta necesita simular el consumo de agua de los cultivos a nivel diario y a lo largo de todo el año, aunque no se encuentre el cultivo implantado. Para esto fue necesario que se determinen con anterioridad parámetros de los cultivos como:

  • Cultivares más utilizados en cada zona
  • Fenología (fecha de siembra y duración de cada una de las etapas)
  • Coeficiente de cultivo o Kc (consumo de agua relativo a una pradera de referencia en cada una de las etapas fenológicas)
  • Cultivo antecesor
  • Periodos críticos de vulnerabilidad a estrés hídrico y a excesos (por impacto significativo sobre los rendimientos)
  • Umbrales de vulnerabilidad en los periodos críticos (a partir de los cuales se evidencia el impacto sobre los rindes)

Los cultivos considerados en la Zona Piloto fueron: maíz, trigo, soja de primera y soja de segunda. Se trabaja actualmente en el cultivo girasol. Para cada uno de los cultivos citados y para dos fechas de siembra diferentes se obtuvieron los parámetros anteriores. Las fechas de siembra y la fenología son diferentes para distintas áreas dentro de la Piloto.

La determinación de estos parámetros estuvo a cargo del Instituto de Clima y Agua del INTA Castelar, sumado al aporte de especialistas de otros Institutos y Universidades. En una instancia inicial se ha considerado que un almacenaje inferior al NSC durante más de la mitad del periodo vulnerable a estrés hídrico consiste un evento de sequía y la presencia de excesos hídricos durante la mitad del periodo vulnerable a excesos consiste un evento de daño por humedad excesiva.

3. Datos meteorológicos

El Servicio Meteorológico Nacional (SMN) y el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) proveyeron series diarias de precipitación del periodo que va del 01/01/1970 al 31/12/2010.

Para poder compensar parcialmente la escasa densidad de estaciones , se generaron una serie de “puntos virtuales”, donde se estimaron las variables necesarias para la aplicación del método de balance hídrico recomendado.

Estos puntos son los “centroides” de cada una de las unidades de zonificación, que constituyen las unidades de balance. En estos centroides se hallaron series de precipitación estimada por interpolación en función de las estaciones de medición disponibles. Se obtuvieron así 92 puntos con series pluviométricas diarias interpoladas, uno por cada unidad o grupo de unidades de suelo.

Series de iguales características de temperatura máxima y mínima, velocidad del viento, heliofanía (o en su defecto nubosidad media) y humedad relativa media fueron utilizadas por el SMN y el INTA para el cálculo de la evapotranspiración potencial diaria (ETP) por el método de Penman - Moteith (1948). A cada uno de los centroides se le adjudicó la serie de ETP diaria de la estación más cercana.

4. Metodología De Balance Hídrico

El balance hídrico propuesto calcula diariamente el almacenaje (mm) de agua en el suelo (ALM) y el excedente eventual (mm), al que llamamos exceso (EXC). Estos valores se calculan en función del almacenaje del día anterior, la evapotranspiración del cultivo, la precipitación, la percolación profunda, la presencia o no de excesos el día previo y, en ese caso, el escurrimiento superficial.

Inicialmente se calcula un “límite de desecamiento”, que depende de la textura del suelo, la cual a su vez queda de manifiesto en la relación entre el PMP y la CC. Los suelos arcillosos suelen contener una cantidad de agua residual que no se llega a perder, mientras que los arenosos pueden quedar prácticamente secos. Así se tiene…

LD = [ (PMP / CC) – 0,4 ] * 2.5
Si LD < 0, entonces se considerará LD = 0
Si LD > 1, entonces se considerará LD = 1

Con este valor se calcula el “almacenaje mínimo” (ALM_MIN) y la “capacidad de campo disponible” (CCD), como sigue…

ALM_MIN = LD * PMP
CCD = CC – ALM_MIN

Este tratamiento fue desarrollado por el Ing. Agr. Juan Alberto Forte Lay.

Diariamente se procede al cálculo de la “capacidad de infiltración” (CI) del suelo, dada por el nivel de desecamiento presente, en comparación con la capacidad de campo disponible…

CId = CCD – ALMd-1

… donde el subíndice “d” indica el día de la fecha y el subíndice “d-1” indica el día anterior.

Se calcula además el “escurrimiento superficial” (ESC), que se descontará de la precipitación (PP) para calcular la “precipitación efectiva” (PPE)…

ESCd = CE * ( PPd + EXCd-1 ) * exp [ - CI / ( PPd + EXCd-1 ) ]

PPEd = PPd - ESCd

… donde CE es el “coeficiente de escurrimiento” que asume valores entre 0 (escurrimiento nulo) y 1 (escurrimiento muy rápido). Estos valores se asignaron a partir de la clasificación cualitativa del escurrimiento de cada unidad de la zonificación adoptada (lento, muy lento, medio a rápido, etc). Este algoritmo es una adaptación del método de Warrilow y otros (1986), propuesto por Thomas y Henderson-Sellers (1991).

El cálculo de la infiltración profunda se realiza en base al modelo de Noilhan y Lacarrere (1995), donde la misma se estima en función del contenido de agua presente, del porcentaje de arcilla del suelo y de la profundidad considerada…

PERd = CP * (ALMd – ALMU) si ALMd ³ ALMU
PERd = 0 si ALMd < ALMU

... donde CP es el “coeficiente de percolación” y ALMU es el “almacenaje umbral”. El almacenaje umbral es un valor de contenido de agua en el suelo entre la CCD y el PMP. Por debajo del mismo, el drenaje gravitacional cesa. Por lo tanto, el término PER será nulo cuando el almacenaje del paso de tiempo anterior (día anterior) sea inferior a ALMU. En forma preliminar se ha considerado ALMu = NSC.

El coeficiente de percolación (CP) depende de la composición del suelo. Noilhan y Lacarrere (1995) proponen la fórmula empírica...

CP = 5.32 * X-1.042 / Y

... donde X es el “porcentaje de arcilla” (0<X<1) y Y es la “profundidad” en milímetros.

La “evapotranspiración potencial diaria del cultivo”(ETC) se calcula como el producto entre el “coeficiente de cultivo” (KC) y la ETP…

ETCd = KCd * ETPd

El algoritmo núcleo del balance hídrico presenta dos alternativas para diferentes casos;

Caso 1: cuando PPEd > ETCd

ALMd = ALMd-1 + EXCd-1 – ETCd – PERd

Caso 2: cuando PPEd < ETCd

ALMd = [ALMd-1 + EXCd-1] * exp [ (CCD-1 + 1,29 * CCD-1,88) * (PPEd –ESCd) ] – PERd
En ambos casos, el resultado del almacenaje total puede superar la capacidad de campo. El almacenaje se considerará entonces igual a la capacidad de campo y el excedente se computará como excesos…

EXCd = CC – ALMd

Se obtiene así para cada unidad de suelos y para cada cultivo considerado un valor diario de almacenaje y un valor diario de excesos hídricos.

Referencias

Burgos, J.J y J.A. Forte Lay (1978): Capacidad de almacenaje de agua en los suelos de la región pampeana. aller Argentino - Estadounidense sobre Sequías. Mar del Plata. Buenos Aires.122-143.

Damario, E.A. y C. Cattáneo (1982): Estimación climática de la evapotranspiración potencial en la Argentina por el método de Penman. Rev. Fac. Agr.: 3(3). Argentina.

Forte Lay J. A. y J. L. Aiello (1996): Método para diagnóstico de la reserva hídrica del suelo y sus anomalías en las provincias pampeanas. Congremet VII, Buenos Aires, Argentina.

Noilhen J. and P. Lacarrere (1995): GCM gris-scale evaporation from mesoscale modeling. J. Climate, 8, 206-223.

Thomas G. y A. Henderson-Sellers (1991): An evaluation of proposed representations of subgrid hydrologic processes in climate models. Journal of Climate, Vol. 4, 898-910.

Warrilow, D.; A. Sangster y A. Silingo (1986): Modelling of land-surface processes and their influence on European climate. DCTN 38, Bracknell, Berkshire, 92 pp.

RESULTADOS

Mediante la implementación de este balance hídrico se obtiene el almacenaje diario de cada unidad de zonificación, entre el 01/01/1970 hasta el 31/12/2010. En función de esto se puede identificar la cantidad de veces en que el almacenaje estuvo por debajo de un cierto valor durante el periodo crítico de estrés hídrico de cada cultivo.

Se consideraron inicialmente los casos desfavorables que llamaremos SEQUÍA CONDICIONAL, que representa niveles de reserva regulares. Se computarán dentro de estos casos aquellas campañas para las cuales se estime que, durante la mitad o más de los días que conforman el período crítico de estrés hídrico, las reservas hayan caído por debajo del nivel determinado por el punto de marchitez permanente más el 25% del agua útil (NSC). Por ejemplo, si para una zona determinada se determinan estas condiciones en 15 de los 28 años, la probabilidad de ocurrencia del fenómeno es del 54%.

El mismo cálculo se realiza para todos los cultivos mencionados y para todas las unidades cartográficas de la Zona Piloto, lo que arroja como resultado un mapa de riesgo para cada uno de los cultivos considerados.