EVAPOTRANSPIRACIÓN
En condiciones
naturales evaporación y transpiración son
fenómenos interdependientes. El concepto de Evapotranspiración se introdujo
debido a la dificultad de discriminar evaporación y transpiración.
La importancia
cuantitativa de este proceso es muy grande. Como promedio global, el 57% de la
precipitación anual es devuelta a la atmósfera por evapotranspiración
alcanzando del 90% y hasta del 100% en zonas áridas y desiérticas. Las
cantidades de agua que por este proceso vuelven a la atmósfera y la energía
necesaria para ello, alcanzan cifras realmente notables. En un día cálido, es
frecuente que en algunas zonas los valores de evapotranspiración oscilen entre
3-4 mm/día, lo que viene a equivaler a 30-40 Tm/Ha/día, requiriendo una energía
del orden de 18-24M de KCal.
La
evapotranspiración tiene gran importancia, especialmente respecto al total de
agua recibida por una zona, que muy frecuentemente, es del orden del 70% de
ésta, llegando en algunos lugares al 90%. En la España peninsular, las pérdidas
totales por evapotranspiración son unas 3 veces superiores a las pérdidas al
mar por los ríos.
Concepto
Evapotranspiración
es el resultado del proceso por el cual, el agua cambia de estado líquido a
gaseoso, y directamente, o a través de las plantas, vuelve a la atmósfera en
forma de vapor.
El término sólo es
aplicable correctamente a una determinada área de terreno cubierta por
vegetación. Ante la ausencia de vegetación, sólo se puede hablar de evaporación.
La
evapotranspiración (ET) es el proceso por el cual el agua es transferida desde
la superficie terrestre hacia la atmósfera. Incluye tanto la evaporación de
agua en forma sólida como líquida directamente del suelo o desde las
superficies vegetales vivas o muertas (rocío, escarcha, lluvia interceptada por
la vegetación), como las pérdidas de agua a través de las superficies
vegetales, particularmente las hojas.
La
evapotranspiración constituye la transferencia total de agua desde una
superficie vegetada a la atmósfera.
La
evapotranspiración depende, entre otros, de dos factores muy variables y
difíciles de medir: el contenido de humedad de suelo y el desarrollo vegetal de
la planta. Por esta razón (Thornthwaite, 1948)introdujo el término
de evapotranspiración
potencial o pérdidas por
evapotranspiración, en el doble supuesto de un desarrollo vegetal óptimo y
una capacidad
de campo permanentemente
completa.
En torno al
concepto de evapotranspiración, existen algunos términos a tener en cuenta:
·
Uso consuntivo del agua:
cantidad de agua consumida en una zona, al satisfacer, total o parcialmente.
Para el caso de demanda agrícola, los términos uso consuntivo y
evapotranspiración pueden considerarse como sinónimos.
·
Demanda de agua
para riego: estrechamente relacionada con el concepto de
evapotranspiración, pero no son equivalente, pues tienen como base de cálculo
la diferencia entre evapotranspiración potencial y evapotranspiración
real.
Tampoco son
sinónimos uso consuntivo agrícola y demanda de agua para riego. Esta debe
considerar las pérdidas por aplicación y conducción del agua además de las
necesidades estrictas y aquel debe incluir la parte de precipitación que se
pierde por evapotranspiración.
La
evapotranspiración es un componente fundamental del balance hidrológico y un
factor clave en la interacción entre la superficie terrestre y la atmósfera. Su
cuantificación se hace necesaria en contextos tan diferentes como la producción
vegetal, la planificación y la gestión de recursos hídricos o estudios
ambientales y ecológicos.
Aplicación
En términos aplicados, quizás una de las más conocidas
referencias al fenómeno venga de la climatología y de la consideración y utilidad de la
evapotranspiración como un indicador de aridez de las distintas zonas, basado en un largo registro
de observaciones de distintos elementos climáticos en un número suficiente de
años. Sin embargo, donde la evapotranspiración ha ganado un lugar realmente
importante es en la evaluación de los volúmenes de agua involucrados, que
teniendo interés en sí mismos, son indispensables en las tareas de
planificación y gestión de los recursos hídricos, en ciertos estudios
medioambientales y en la cuantificación de las demandas hídricas de la
vegetación, especialmente de los cultivos.
Unidades
La unidad más
usual para expresar las pérdidas por evapotranspiración es, el mm de
altura de agua, lo que equivale a 10 m3/Ha. La medida siempre se
refiere a un determinado intervalo de tiempo. Miliarum Aureum,S (2001,2004)
Ciclo hidrológico y balance energético
La evapotranspiración constituye un importante componente
del ciclo y balance del agua. Se estima que un 70% del total de agua recibida
por una zona (Miliarium Aureum S. , 2001, 2004)
Es devuelta a la atmósfera a través del proceso, mientras
que el 30% restante constituye la escorrentía superficial y subterránea. Junto con ser un
componente del ciclo
hidrológico, la
evapotranspiración interviene en el balance calorífico y en la redistribución
de energía mediante los traspasos que de ella se producen con los cambios de
estado del agua, permitiendo así un equilibrio entre la energía recibida y la pérdida. El conocimiento de las
pérdidas de agua mediante el proceso permite tener un acercamiento a las
disponibilidades del recurso y consecuentemente puede realizarse una mejor
distribución y manejo del mismo. Jensen,
M.E(1971)
TIPOS DE EVAPOTRANSPIRACIÓN
EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL
El término
Evapotranspiración Potencial (ETP) fue acuñado por primera vez y de forma
independiente por (Monteith, 1948)y Thornthwaite (1948)
en un intento de OPTIMIZAR el contenido
en el suelo y en el desarrollo vegetal. Definieron ETP como la
tasa máxima de evaporación de una superficie completamente sombreada por un
cultivo verde, sin limitación en el suministro hídrico.
La ETP sería la
evaporación que se produciría si la humedad del suelo y la cobertera vegetal
estuvieran en condiciones óptimas.
Pero como la
definición de ETP resultaba poco útil, desde el punto de vista de su
aplicación, dando lugar a interpretaciones diversas, se desarrolló a nivel
agronómico el concepto de Evapotranspiración de referencia (ETr),
llegándose a la conclusión que para obtener valores razonables de ETP, la
cubierta vegetal debería quedar explícita en la definición de ETP.
Se desarrollaron
dos definiciones de ETP según el cultivo de referencia:
- ETP sobre
gramíneas (ETo). Desarrollada por Doorembos y Pruitt (1977) para la FAO.
- ETP sobre alfafa. Desarrollada por Jensen et al (1971).
- ETP sobre alfafa. Desarrollada por Jensen et al (1971).
La ETP que da la
alfafa es diferente a la de las gramíneas, ya que ésta desarrolla una
superficie aerodinámicamente más rugosa que las gramíneas.
Como la definición
de ERr seguía sin dar lugar a un auténtico método estándar, (al., 1990)Propusieron una nueva
definición basada en la combinación de la ecuación de Penman-Monteith, según la
cual la ET de referencia (ETo) sería la tasa de ET de un cultivo hipotético con
valores fijos de altura (12 cm), resistencia de la cubierta vegetal (70 s/m) y
albedo (0,23), que representa la ET de una superficie extensa cubierta de
gramíneas verdes, de altura uniforme y crecimiento activo, que cubre totalmente
el terreno y no padece de falta de agua.
Una vez conocido
la evapotranspiración de referencia (ETr) de un cultivo o región, ésta se
multiplica por un factor corrector específico, denominado coeficiente de
cultivo, obteniéndose así la ETP de un cultivo concreto.
EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL (suelo)
Es la
evapotranspiración real que se produce en las condiciones reales
existentes.
El método más
conocido es el de Penman-Monteith (1965) derivado de la ecuación de
combinación. Combina la ecuación del balance de energía y los gradientes de
humedad, temperatura y velocidad del viento. Con ella se elimina la necesidad
de medidas en la superficie evaporante y medidas a diversas alturas sobre la
superficie como requieren los métodos del "gradiente" y del
"perfil del viento" respectivamente, como se venía haciendo hasta la
introducción de esta ecuación. Combina información meteorológica y fisiológica
y asume que las copas vegetales pueden asimilarse a una superficie uniforme
como una única fuente de evaporación (big-leaf),
lo que supone una considerable simplificación de la realidad, particularmente
cuando se aplica a cubiertas estratificadas (multicapas) o con distintas
superficies evaporantes (multifuentes).
La distribución
dispersa y agrupada en mosaicos de vegetación típica de regiones semiáridas
constituye un ejemplo de dónde no se satisface la fórmula de Penman-Monteith, por
lo que trabajos posteriores extendieron el modelo a dos o más fuentes. La
interacción entre fuentes se estudia como combinación de resistencias en serie
y paralelo hasta una altura de referencia, por encima de la vegetación donde
los efectos de la heterogeneidad espacial ya no son perceptibles.
En general, los
modelos que toman de partida la ecuación de combinación, se basan en la teoría
de la difusión turbulenta (teoría de la K, K-Theroy), para describir los flujos de calor, vapor de agua y
momento a través de las copas. El uso de esta teoría para vegetación
dispersa ha sido cuestionado tanto desde el punto de vista teórico como
observacional., ya que asume que la longitud característica de los remolinos
dominantes sea menor que la distancia sobre la cual los gradientes cambian
apreciablemente. Esto no siempre ocurre en los rodales de vegetación
dispersa.
Otras
aproximaciones son los modelos que describen el sistema físico formado por el
conjunto suelo-planta-atmósfera (SVAT) en un perfil unidimensional desde una
profundidad de suelo determinada hasta la copa vegetal. El sistema considera
tanto los flujos de agua como de energía y establece que el suelo y la
vegetación actúan como almacén de agua que se llena y vacía por diferentes
entradas y salidas. Los flujos están regulados por unos gradientes de
concentración y unas resistencias. Se establecen diferentes capas, tanto en
suelo como en vegetación, siendo este uno de los aspectos que diferencia
distintos modelos SVAT, siendo más complejos cuanto mayor sea el número de
capas considerado. Los mayores esfuerzos de estas aproximaciones radican en: el
esfuerzo que supone la parametrización sobre todo en suelo; la no consideración
de la variabilidad espacial; y las premisas de condiciones de estado estacionario
entre suelo y vegetación.
Diferentes
trabajos han demostrado que las predicciones de ET obtenidas con modelos tipo
SVAT no son significativamente diferentes de las obtenidas por modelos basados
en la ecuación de combinación, por lo que la teoría de la K, sigue siendo
ampliamente aceptada. Penman-Monteith (1965)
NECESIDADES DE AGUA DE LAS PLANTAS
La determinación
de las cantidades de agua que necesitan las plantas para su nutrición
representa el aspecto más importante de la problemática del riego; tanto desde
el punto de vista biológico como económico. Está comprobado que la cantidad de
agua absorbida por las plantas es sólo una mínima parte del consumo total (1%),
mientras que la porción más importante se elimina por evaporación del agua de
la savia bruta y su emisión a la atmósfera en grandes cantidades a través de
los estomas (transpiración).
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA TRANSPIRACIÓN
Factores de la especie vegetal; la densidad de
estomas varía de 1 a 10 según el tipo de plantas. Factores de crecimiento de las plantas. A mayor
edad, mayor número de hojas y mayor transpiración. Factores climatológicos; temperatura, radiación
solar, pluviometría,humedad
del aire, velocidad del viento. Factores de luminosidad; la diferencia de
transpiración con luz a transpiración en oscuridad puede variar de 1 a 50.
Paralelamente al
consumo de agua exclusivo de las plantas, se produce un fenómeno de consumo de
agua directamente en el terreno, llamado evaporación.
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA EVAPORACIÓN
Factores de orden climático; temperatura, radiación
solar, pluviometría, humedad del aire, velocidad del viento. Factores dependientes del suelo; textura,
estructura, porcentaje de sustancias orgánicas. Factores de orden agrofitológico; labores del
terreno, cobertura vegetal, etc.DEFINICIÓN DE EVAPOTRANSPIRACIÓN
Se denomina
evapotranspiración a la suma de los dos fenómenos antes expuestos, expresada en
mm/día. Dentro de este concepto se llevan a cabo tres distinciones
Evapotranspiración
real (ETr) a la cantidad de agua
realmente consumida por un terreno cultivado de acuerdo con las
disponibilidades de agua.
Evapotranspiración
potencial (ETp) a la máxima
cantidad de agua que puede evaporarse desde un suelo completamente cubierto de
vegetación, que se desarrolla en óptimas condiciones, y en el supuesto caso de
no existir limitaciones en la disponibilidad de agua. Según esta definición, la
magnitud de la ETp está regulada solamente por las condiciones meteorológicas o
climáticas, según el caso, del momento o período para el cual se realiza la
estimación. La diferencia entre los dos tipos es la necesidad de riego.
MÉTODOS PARA DETERMINAR LA EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL
Hay gran cantidad de métodos propuestos para
deducir la evapotranspiración potencial. Todos son experimentales y se pueden
agrupar en cuatro categorías:
Métodos basados en la correlación entre la
evapotranspiración y la temperatura. Métodos basados en la correlación entre la
evapotranspiración y la evaporación. Métodos basados en la correlación entre la
evapotranspiración y el déficit de humedad del aire. Métodos basados en el balance energético de las
radiaciones solares.
Todos estos métodos determinan en general la
evapotranspiración potencial sin tener en cuenta el tipo de cultivo.
La evapotranspiración potencial se representa por
una curva de necesidades de agua de la planta a lo largo del ciclo vegetativo.
Evapotranspiración de referencia o evapotranspiración del cultivo de referencia
(ETo). La noción de ETo ha sido establecida para reducir las ambigüedades de
interpretación a que da lugar el amplio concepto de evapotranspiración y para
relacionarla de forma más directa con los requerimientos de agua de los
cultivos. Es similar al de ETp, ya que igualmente depende exclusivamente de las
condiciones climáticas, incluso en algunos estudios son considerados
equivalentes, pero se diferencian en que la ETo es aplicada a un cultivo específico,
estándar o de referencia, habitualmente gramíneas o alfalfa, de 8 a 15 cm de altura uniforme, de crecimiento
activo, que cubre totalmente el suelo y que no se ve sometido a déficit
hídrico. Es por lo anterior que en los últimos años está reemplazando al de
ETp.
La ETr es más difícil de calcular que la ETp o ETo,
ya que además de las condiciones atmosféricas que influyen en la ETp o ETo,
interviene la magnitud de las reservas de humedad del suelo y los
requerimientos de los cultivos. Para determinarla se debe corregir la ETP o ETo
con un factor Kc dependiente del nivel de humedad del suelo y de las
características de cada cultivo.
Coeficiente de cultivo (Kc)
Un coeficiente de cultivo, Kc, es un coeficiente de
ajuste que permite calcular la ETr a partir de la ETp o ETo. Estos coeficientes
dependen fundamentalmente de las características propias de cada cultivo, por
tanto, son específicos para cada uno de ellos y dependen de su estado de
desarrollo y de sus etapas fenológicas, por ello, son variables a lo largo del
tiempo. Dependen también de las características del suelo y su humedad, así
como de las prácticas agrícolas y del riego. Se hace alusión a estos Kc en
numerosas publicaciones.
Cálculo de la evapotranspiración
La FAO en su estudio de Riego y Drenaje No 56,
recomienda el método de Penman Monteith.
Las diferencias en evaporación y transpiración
entre los cultivos sembrados y la
evapotranspiración de referencia ETo, pueden ser integradas en un coeficiente único del cultivo (Kc) o separadas en dos coeficientes: un coeficiente basal del cultivo (Kcb) y un coeficiente de evaporación del suelo (Ke), por lo que:
evapotranspiración de referencia ETo, pueden ser integradas en un coeficiente único del cultivo (Kc) o separadas en dos coeficientes: un coeficiente basal del cultivo (Kcb) y un coeficiente de evaporación del suelo (Ke), por lo que:
Kc = Kcb + Ke. El procedimiento a seguir dependerá
del propósito de los cálculos, la exactitud requerida y la información
disponible.
Enfoque del coeficiente del cultivo
Coeficiente biológico
De acuerdo al enfoque del coeficiente del cultivo,
la evapotranspiración del cultivo ETr se calcula como el producto de la
evapotranspiración del cultivo de referencia, ETo y el coeficiente del cultivo
Kc:
ETr = Kc x ETo
Dónde:ETr= Evapotranspiración del cultivo mm/día
Kc = Coeficiente del cultivo (adimensional)
ETo = Evapotranspiración de referencia mm/día
Kc = Coeficiente del cultivo (adimensional)
ETo = Evapotranspiración de referencia mm/día
El cálculo de la evapotranspiración del cultivo
bajo estas condiciones supone que no existen limitaciones de ningún tipo en el
desarrollo de los mismos. Que no existe ninguna limitación debida a estrés
hídrico o salino, densidad del cultivo, plagas y enfermedades, presencia de
malezas o baja fertilidad.
Debido a las variaciones en las características
propias del cultivo durante las diferentes etapas de crecimiento, Kc cambia
desde la siembra hasta la cosecha. En la siguiente figura se presenta en forma
esquemática, dichos cambios.
Los efectos combinados, tanto de la transpiración
del cultivo, como de la evaporación del suelo se integran en este coeficiente
único del cultivo. Así el coeficiente Kc incorpora las características del cultivo
y los efectos promedios de la evaporación en el suelo, constituyendo una
excelente herramienta para la planificación del riego y la programación de
calendarios básicos de riego en periodos mayores a un día.
Cálculo de la evapotranspiración del cultivo
Identificar las etapas de desarrollo del cultivo,
determinando la duración de cada etapa y seleccionando los valores
correspondientes de Kc.
Ajustar los valores de Kc seleccionados según la
frecuencia de riego o las condiciones climáticas durante cada etapa.
Construir la curva del coeficiente del cultivo
(permite la determinación de Kc para cualquier etapa durante su período de
desarrollo).
Calcular ETr como el producto de ETp y Kc.
CÁLCULO DE LA EVAPORACIÓN
MÉTODO DE BALANCE ENERGÉTICO
Determina la evaporación por unidad de superficie y
segundo, en función de la radiación neta que entra, de la densidad del agua, y
del calor latente de evaporación (calor necesario para que una sustancia cambie
de estado):
E = Rn / (Lv·fw)
mm/día
Donde Lv = (2,501·106 - 2370·TªH20ºC) J/Kg.
Ejemplo. Utilizando este método, calcular la
tasa de evaporación del agua desde una superficie abierta, siendo la radiación
neta de 200 W/m2 y la temperatura de 25 ºC (la densidad del agua es 997 kg/m3).
Lv = (2,501·106 - 2370·25) = 2441 KJ/Kg;
E = 200 / (2441·103·997) = 8.22·10-8 m/s
= 7,10 mm/día.
* Este método se emplea en zonas muy extensas
(marismas, pantanos...), donde prácticamente sólo se posee el dato de la
radiación solar. (http://www.ecured.cu/Evapotranspiraci%C3%B3n,
2016)
MÉTODO DE MEYER
Esta fórmula ha sido muy utilizada y considera la
acción del viento:
E (mm/día) = c·(Pa - P)·(1 + v/16)
Donde c es un coeficiente (0.36 para
grandes masas y 0,50 para charcas o pantanos); Pa es la presión del
agua de vapor en mm de Hg; P es la presión de vapor del aire en mm de
Hg; y v es la velocidad del viento en Km/hora a una altura de 7,64 m.
de la superficie del agua.
MÉTODO AERODINÁMICO COMPLETO
Esta forma de
cálculo tiene en cuenta el viento pero no la altura. La evaporación se mide en
mm/día:
E = B·(Pa - P) = (0,102·v) / [Ln(z/z0)]2
Donde B es el
coeficiente de transporte de vapor; (z ?); z0 es la altura de
rugosidad en superficies naturales (equivale a una resistencia); Paes la
presión del agua de vapor en mm de Hg; P es la presión de vapor del
aire en mm de Hg; v es la velocidad del viento en Km/hora a una
altura z;
* Este método es
bueno, pero a veces los resultados son excesivos debido a que intervienen
muchas variables.
MÉTODO COMBINADO (aerodinámico y de balance de energía)
Es el método más preciso para el cálculo de la
evaporación:
E = / ( + )·EE + / ( + )·EA
Donde
(Pa/ºC) y (Pa/ºC) son constantes; EE es la evaporación
obtenida por el método de balance de energía; y EA es la evaporación
obtenida por el método aerodinámico.
CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL
MÉTODO DE BLANEY-CRIDDLE
Es una fórmula utilizable para zonas áridas:
ETp = p·(0,46·T + 8,13)
Donde p = 100· (nº horas luz al día / nº
horas luz al año); T es la temperatura en ºC ; y ETp es la
evaporación diaria en mm.
MÉTODO DE CONTAGNE
ETp (mm/día) = p - ·p2 = p - [p2 / (0,8 + 0,14·T)]
Donde p es la precipitación anual en mm.
y T es la temperatura media anual.
EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL
La evapotranspiración real es inferior a la
evapotranspiración potencial para los siguientes factores:
Falta de agua en algunos períodos; Variación de la evapotranspiración según el
desarrollo de la planta; Variaciones de las condiciones atmosféricas como la
humedad, la temperatura, etc.
Por todo ello:
Evapotranspiración real = K · evapotranspiración potencial
El coeficiente K es variable y oscila entre 0.10 y
0.90, aproximándose a 1 cuando la planta está en su máximo desarrollo de
foliación y fruto.
La medida real de la evapotranspiración se puede
realizar a través de tres procedimientos:
1. Lisímetros. Una estación lisimétrica es una zona de
terreno natural de superficie del orden de 4 m2, en la que se realiza un
cultivo en condiciones reales pero con dispositivos de medida del agua
suministrada, percolada y sobrante. Por diferencia de estas medidas se obtiene
el agua evapotranspirada.
2. Sonda de neutrones. El método de la sonda de neutrones se basa en
la absorción de neutrones por el agua, lo que permite evaluar el contenido de
humedad. Son medidas no destructivas y que además no alteran las condiciones
hidráulicas ni de cultivo del suelo.
3. Balance hídrico. El balance hídrico consiste en seleccionar
una cuenca natural pequeña y medir en ella la precipitación, escorrentía y
percolación; por diferencia se calcula la evapotranspiración: Etpr = P - Q -
Perc. Este método es bastante impreciso ya que la percolación es muy difícil de
medir.
La
evapotranspiración se produce a través de la evaporación del agua presente en
la superficie terrestre, junto con la que está en mares, ríos y lagos y la que
procede también de la tierra, incluyendo la transpiración de los seres vivos,
en especial de las plantas. Como resultado de este proceso se determina la formación
de vapor atmosférico, que, al llegar a las condiciones de condensación, retorna
en parte a la superficie en forma de precipitación liquida o sólida.
Por
tanto la evapotranspiración es la consideración conjunta de los procesos de evaporación
y transpiración. La diferencia entre estos dos conceptos está en la participación
de los seres vivos en el segundo, que es el proceso físico a través del cual
sus superficies pierden agua a la atmósfera mediante el proceso de transpiración.
Su inclusión en un concepto único con la transpiración se debe a la dificultad
de medirlos por separado. Por tanto la evapotranspiración se produce desde:
·
La evaporación del
agua transpirada por los seres vivos.
·
La superficie del
suelo y de la vegetación inmediatamente después de la precipitación.
·
La superficie de
la hidrosfera: ríos, lagos, embalses, océanos.
La evapotranspiración depende
de:
·
El poder
evaporante de la atmósfera: de la radiación solar, de la temperatura, de la
humedad y del viento.
·
De la salinidad del
agua.
·
Del grado de
humedad del suelo.
·
Del tipo de
planta.
BIBLIOGRAFIA
Aureums, M. (s.f.). www.miliarium.com/.../Evapotranspiracion/evapotranspiracion.asp.
Ecured. (27 de 01 de 2016). http://www.ecured.cu/Evapotranspiraci%C3%B3n.
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Monteith, P. (1948).
Thornthwaite. (1948).
(http://www.ecured.cu/Evapotranspiraci%C3%B3n, 2016)
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