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Necesidades climáticas
de los cultivos
Waldo Ojeda
Acapulco, Gro a 20 de noviembre de 2009
El clima afecta nuestras actividades
diarias
2
WOB-2
Pero ninguna actividad productiva es tan
afectada por el clima como las actividades
agropecuarias, principalmente las agrícolas
3
WOB-3
Confort residencial
4
WOB-4
Planta-ambiente
Es importante monitorear el ambiente en que se
desarrollan las plantas.
5
WOB-5
Sistema planta-ambiente-manejo
6
WOB-6
Rendimiento en jitomate (kg m-2)
• Campo abierto
México
Francia
Israel
2-6
14
17
• Invernaderos sin calefacción
México (abierto)
España
Francia
Italia (abierto)
Italia (reciculación)
15-20
25
24
23
33
• Invernaderos controlados y cultivo sin suelo
Francia
Holanda (abierto)
Holanda (recirculación)
39
45
66
Fuente: ISHS 2004
7
WOB-7
La ley del mínimo
• El rendimiento de un
cultivo esta delimitado
por el elemento o
factor restrictivo sin
importar
que
los
demás
estén
en
plenitud.
Fe
CO
Cu2 Na
B
H
O
B
Ca
2
S
N
P
Zn
Mo
Mg
K
K
8
WOB-8
Situaciones productivas
World Food Production: Biophysical Factors of Agricultural Production (1992)
9
WOB-9
Fotosíntesis y Respiración
La fotosíntesis es la formación de fotosintatos (carbohidratos)
luz
CO 2 + H 2 Oclorofila
→ O 2 + (CH 2 O)
bióxido de
carbono
agua
oxigeno
carbohidratos
La respiración es el desdoblamiento de fotosintatos para la
liberación de energía util para la planta
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O + energía
10
WOB-10
Efecto de la temperatura en los
procesos fisiológicos de la planta
Asimilación
11
WOB-11
TEMPERATURA
Efecto de las variables
ambientales en la producción
Rango de variables ambientales
bien definido para los cultivos
Temperatura (ºC)
Rango
mínima de germinación
9-10
óptima de germinación
20-30
óptima de sustrato
15-20
mínima letal
0-2
mínima biológica
10-12
óptima diurna
22-26
óptima nocturna
13-16
máxima biológica
26-30
Humedad relativa %
óptima
55-60
Anhídrido carbónico
(ppm)
1000-2000
óptimo
Luz
intensidad (lux)
10.000-40.000
duración
Indiferente
13
WOB-13
Efecto potencial de las temperaturas
bajas en las plantas
• Retardamiento en el desarrollo de los órganos de la
planta ya sea en su tasa de elongación o expansión,
que disminuye la superficie responsable de los
procesos fisiológicos y en consecuencia el
rendimiento potencial del cultivo.
• Disminución de la absorción de agua y nutrientes
debido a un aumento de la viscosidad del agua,
aumento de la resistencia del tejido de la planta por
la disminución de permeabilidad de la membrana
celular, reducción de la absorción y acumulación
activa de iones y disminución del crecimiento de la
raíz.
• Envejecimiento precoz del tejido fotosintético por
necrosis celular.
14
WOB-14
Efecto en las plantas
de las altas temperaturas
• Menor firmeza y coloración irregular
del fruto.
• Cierre potencial de los estomas por
alta demanda evapotranspirativa
ambiental que genera condiciones de
estrés hídrico a la planta
• Destrucción de tejidos enzimáticos a
altas temperaturas (>40 ºC).
15
WOB-15
Rangos de temperaturas cardinales
de algunos cultivos
•
•
•
Temperaturas letales.
Temperaturas biológicas.
Temperaturas óptimas.
Temperatura
mínima letal
mínima biológica
óptima diurna
óptima nocturna
máxima biológica
máxima letal
tomate pimiento berenjena
0–2
(-)1 - 4
0–2
8 - 12
10 - 12
9 – 10
22 - 26 22 - 28 22 – 26
13 - 16 16 - 18 15 – 18
26 - 30 28 - 32 30 – 32
33 - 38 33 - 35 43 – 53
pepino
(-)1 - 4
10 - 13
24 - 28
18 - 20
28 - 32
32 - 35
melón
0-2
12 - 14
24 - 30
18 - 21
30 - 34
34 - 37
sandía
0
11 - 13
23 - 28
17 - 20
30 - 34
34 - 37
Lechuga calabacita
(-)2 – 0
0-4
4–6
10 - 12
15 – 20 24 - 30
10 – 15 15 - 18
25 – 30 30 - 34
ND
ND
16
WOB-16
Variación temperatura del aire
Día
Noche
17
WOB-17
HUMEDAD
AMBIENTAL
Efecto de las variables
ambientales en la producción
Humedad del aire
• La humedad ambiental es la cantidad de
vapor de agua presente en el aire. No
debe confundirse el vapor con la neblina,
ya que el vapor es un gas invisible y la
neblina son gotas de agua pequeñas. El
vapor de agua se mueve de las zonas de
mayor concentración (áreas cultivadas) a
las de menor concentración (áreas
desnudas).
19
WOB-19
Formas de expresar
la humedad del aire
• Existe una gran confusión en expresar la humedad
presente en aire ya que existe una gran variedad de
formas para realizarlo. Puede expresarse como volumen
de agua por unidad de volumen de aire, en peso de
agua por unidad de peso de aire seco o húmedo, en
porcentaje con respecto al aire saturado. Es por eso que
existen diversos nombres para expresar la humedad:
absoluta, específica o relativa en volumen o peso.
• Sin embargo, la manera más usual de expresar la
humedad del aire es conocida como humedad relativa
(HR), que se define como el porcentaje en peso de la
humedad presente en el aire con respecto a las
condiciones de saturación. Lo anterior se adapta
fácilmente a las condiciones cambiantes que definen el
estado de saturación del aire que depende de la
temperatura.
20
WOB-20
Humedad relativa
• Un valor de HR del 25% indica que el aire solamente
contiene la cuarta parte de su capacidad máxima para la
temperatura dada. Un valor de HR del 100% indicaría
que el aire se encuentra saturado de vapor de agua y ya
no puede retener cantidades adicionales.
• La expresión de la humedad en forma relativa tiene una
gran limitante, no es indicador completo del estado
hídrico de las plantas, dos cultivos pueden tener el
mismo valor de la HR, y las plantas (misma especie y
etapa) pueden estar transpirando a tasas contrastantes.
• A mayor temperatura, mayor es el vapor que requiere
para saturar el aire. Es por eso que las variables básicas
para conocer el estado ambiental de un invernadero son
su humedad y su temperatura ambiental.
21
WOB-21
Humedad a saturación del aire
El aire tiene una capacidad finita máxima
para retener el vapor de agua.
22
WOB-22
Relación humedadhumedad-temperatura
23
WOB-23
24
WOB-24
Transpiración y humedad del
aire
• La transpiración del cultivo adiciona grandes cantidades
de vapor de agua al ambiente, lo que en lugares
cerrados como un invernadero provoca cambios
drásticos en la humedad del aire e inducir efectos
dañinos a la planta sino se renueva por aire con menor
contenido de vapor.
• A 40 oC la máxima capacidad de retención de vapor del
aire es de 51 g de vapor por m3 de aire, por lo que para
un invernadero de 300 m3 se requieren 15,300 g de
agua para saturarlo, lo que es equivalente a la
transpiración total de 9 plantas de tomate en su máxima
demanda hídrica en un día. Lo anterior resalta la
importancia de la ventilación forzada en los
invernaderos.
25
WOB-25
Humedad relativa ambiental
deseable para algunos cultivos
Cultivo
Tomate
Pimiento
Berenjena
Pepino
Melón
Calabaza
Sandía
Fresa
Lechuga
Humedad (%)
50-60
50-60
50-65
70-90
60-70
65-80
65-75
70-80
60-80
Fuente: Serrano, Z. 2002. Construcción de invernaderos. Ediciones
Mundi-Prensa. Madrid, España. 499 pp
26
WOB-26
Variación humedad del aire
27
WOB-27
DÉFICIT DE PRESIÓN
DE VAPOR
Efecto de las variables
ambientales en la producción
Déficit de presión de vapor
• Una de las propiedades más importantes del aire es
su presión de vapor que define la presión que ejerce
el vapor de agua presente en el aire.
• A mayor contenido de humedad en el aire, mayor es
su presión de vapor.
• Se ha visto que el aire tiene una capacidad máxima
de retención de humedad dependiendo de su
temperatura que se conoce como saturación. A
mayor temperatura mayor es la capacidad de
retención de humedad a saturación del aire.
• La presión de vapor a la máxima retención de
humedad del aire se le conoce como presión de
vapor a saturación (es), usualmente expresada como
kilopascales o simplemente kPa.
29
WOB-29
DÉFICIT DE PRESIÓN DE VAPOR
• Diferencia entre la presión de vapor a
saturación (es) y la presión de vapor
actual (ea).
DPV=es-ea
(expresada en unidades de presión)
30
WOB-30
Calculo del DVP
• Una forma alterna de calcular el déficit de
presión de vapor (DPV) es utilizando la
siguiente relación:
HR
DPV = es (1 −
)
100
• Donde es la presión de vapor a saturación y HR
la humedad relativa. Por ejemplo para una
temperatura de 30 ºC y una humedad relativa
del 80%, el déficit de vapor es de 0.84 kPa
como se muestra a continuación.
80
DPV = 4.2(1 −
) = 0.84 kPa
100
31
WOB-31
Variación típica DPV
32
WOB-32
Rango optimo del DPV?
• Cada especie vegetal responde a un rango óptimo de DPV para su
desarrollo. El DPV es útil para identificar condiciones ambientales
propicias para el desarrollo de enfermedades. Por ejemplo, existe una
regla práctica que hongos patógenos sobreviven mejor a valores de
DPV por abajo de 0.5 kPa, siendo su actividad más dañina para valores
de DPV por debajo de 0.2 kPa (Prenger y Ling, 2001). Patógenos
fungales como “Botrytis” requieren de la presencia de una capa de agua
sobre las superficies de la planta para activarse, por lo que controlando
la condensación del agua puede efectivamente controlar o prevenir la
presencia de enfermedades fungosas. El correspondiente valor de la HR
para un DPV de 0.20 kPa aumenta con la temperatura.
• Se ha tomado como una regla empírica que valores del DPV mayores
de 1.5 kPa generan condiciones de estrés hídrico en los cultivos con el
consiguiente cierre de estomas. Los valores del DPV se pueden utilizar
como indicadores del momento del riego.
33
WOB-33
Zona óptima
34
WOB-34
RADIACIÓN SOLAR
Efecto de las variables
ambientales en la producción
Radiación diaria
• El total de radiación diaria que llega a la superficie
de la atmósfera es cercana a 30 MJ m-2 día-1
(constante solar), sin embargo disminuye por
atenuación atmosférica al llegar a la superficie
terrestre teniendo valores de 15-25 MJ m-2 día-1
para días soleados y de 5-15 MJ m-2 día-1 para días
nublados y lluviosos.
36
WOB-36
Radiación solar diaria
37
WOB-37
Radiación horaria
38
WOB-38
Radiación
adiación--transpiracióntranspiración-riegos
Jitomate invernadero
Chapingo, Mex
39
WOB-39
Espectro solar
40
WOB-40
PRECIPITACIÓN
Precipitación efectiva
• No toda la precipitación que cae en un
lugar es almacenada en la zona de raíces.
Por lo que es de interés conocer una parte
de esa precipitación que se conoce como
precipitación efectiva, la cual no incluye el
agua percolada, interceptada, escurrida o
evaporada que al precipitarse no se
acumula en la zona radical.
42
WOB-42
VIENTO
Efecto de las variables
ambientales en la producción
Tiempo de caída de una gota
Randy Zondag, Ohio State U.
44
WOB-44
Rosa de los vientos
45
WOB-45
Rosa vientos (dirección-velocidad)
46
WOB-46
Preguntas?
Dr. Waldo Ojeda
wojeda@tlaloc.imta.mx
(777) 329-36-00 ext 445.
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WOB-47