1. Introducción. Universidad de Córdoba. Campus de Rabanales. Edificio Leonardo da Vinci Córdoba

Transcripción

1 IV Jornadas de Ingeniería del Agua La precipitación y los procesos erosivos Córdoba, 21 y 22 de Octubre 2015 Desempeño de los sistemas de riego prehispánicos en la reducción de la escorrentía superficial del agua de riego y de la precipitación en la zona andina de Bolivia R. Chipana Rivera (1), R. Choque Velasco (1), M.F. Moreno Pérez (2), R. Céspedes Paredes (1), J. Roldán Cañas (2) (1) Facultad de Agronomía. Universidad Mayor de San Andrés, La Paz, Bolivia. (2) Departamento de Agronomía. Área de Ingeniería Hidráulica. Universidad de Córdoba. Campus de Rabanales. Edificio Leonardo da Vinci Córdoba 1. Introducción Después de la desintegración de la cultura Tiwanaku, se desarrollaron Señorios como la cultura mollo (1.200 a d.c.), que, geográficamente, se ubicó en los valles mesotermos del Norte del departamento de La Paz (Medinaceli, 2015). Los mollos desarrollaron técnicas para la construcción de terrazas, obras de toma, canales de conducción trapezoidales y triangulares y estanques de almacenamiento de agua construidos con piedra (Chipana et al., 2011a). Actualmente en varias comunidades, que en su época eran parte de la cultura mollo, se siguen manteniendo técnicas prehispánicas de riego por superficie. Tal es el caso del riego por kanis (vocablo quechua que hace alusión a la apertura de surcos para la conducción del agua), método adecuado para el riego de cultivos en terrazas con pendiente (Chipana et al., 2011b). Curiosamente, este sistema tiene un parecido con el sistema árabe de riego denominado de peine descrito por Del Pino et al. (2011). En el centro y sur de los valles del departamento de La Paz un sistema de riego prehispánico, comúnmente utilizado por los agricultores para el riego de cultivos en terrenos con pendiente, es el de surcos corrugados en zigzag (Roldán-Cañas et al., 2015).Palacios y Chipana (2008) indican que los surcos corrugados en zigzag fueron adaptados y desarrollados a partir de métodos de riego ancestrales durante la época colonial. Estos sistemas también tienen parecido con sistemas de riego árabe conocidos como moriscos (Del Pino et al., 2011). De acuerdo con el Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2013) la superficie total bajo riego alcanza a las ha, distribuidas en zonas agroecológicas del altiplano, valles y llanos..

2 En la zona andina de Bolivia, que comprende el altiplano y los valles interandinos, se desarrolla la mayor parte de la actividad agrícola bajo riego, abarcando aproximadamente el 65% de la superficie regada. Así pues, el objetivo principal de este trabajo fue comparar el desempeño de sistemas de riego prehispánicos, riego por kanis y surcos corrugados, en zigzag en el cultivo de patata. El estudio del comportamiento de ambos métodos de forma comparativa y el análisis de la viabilidad de los mismos, considerando los indicadores de desempeño del riego, constituye la principal aportación de este trabajo. 2. Materiales y métodos El presente estudio se llevó a cabo en la Estación Experimental Choquenaira, dependiente de la Facultad de Agronomía de la Universidad Mayor de San Andrés, ubicada en la Provincia Ingavi del Departamento de La Paz, a 38 km de la ciudad de La Paz y situada a una altitud de msnm. Geográficamente se halla a 16º41 35 Latitud Sur y 68º17 12 Longitud Oeste.. La temperatura promedio anual es 7,7 C, en tanto que las temperaturas promedio extremas son de -15 C y 22 C. Las precipitaciones pluviales se concentran entre los meses de diciembre a marzo, siendo la precipitación promedio anual de 485,2 mm. El suelo del área experimental es de origen aluvial con depósitos finos, de textura franca. La fuente de agua en la Estación Experimental Choquenaira proviene de un acuífero libre ubicado entre 1 a 10 m de la superficie del suelo, según la época del año, siendo bombeada a un estanque para ser utilizada posteriormente en el riego. Para el trabajo de investigación se utilizó el cultivo de patata nativa, variedad Huaycha Paceña (Solanum tuberosum ssp.andigena). Con la finalidad de replicar las condiciones del cultivo de patata bajo riego en los valles interandinos, se trabajó en un área total de siembra de 1707 m2, de las cuales 925 m2 correspondieron al método de riego por kanis y 782 m2 al método de riego por surcos corrugados en zigzag. El terreno presentó una pendiente entre 0,3% a 5%, razón por la que se realizó la división en cuatro subparcelas, empleándose dos para el riego por kanis y dos para surcos corrugados en zigzag. El trabajo experimental fue realizado en sólo dos subparcelas (ver figura 1). El trazado de los surcos en el riego por kanis lo realizó un regante experimentado en el manejo de este tipo de sistemas, quién empleó conocimientos ancestrales adquiridos de generación en generación. Inicialmente se hizo el trazado del canal de riego principal, denominado mama kani, con una pendiente de 2,7%. A partir del mama kani se hizo la apertura de canales de riego secundarios conocidos como juchuy kanis, con una pendiente promedio de 4 %. De cada juchuy kanis se trazaron surcos casi de forma perpendicular (Choque, 2015).

3 Para el trazado de los surcos corrugados en zigzag, inicialmente se identificó la dirección principal de los surcos según la pendiente, eligiéndose para ello una pendiente de 2,7% igual al del mama kani (Figura 1).Posteriormente, se trazaron los surcos de riego para la derivación del agua, conocidos como chirus (vocablo en el idioma nativo aymara que significa surco de separación entre camellones o grupo de surcos corrugados), y a partir de los cuales se hizo la apertura de los surcos (Choque, 2015). Figura 1. Vista en planta de la ubicación de las parcelas donde se ubicaron los ensayos (dentro óvalos y ampliado) en sistemas de riego por kanis y surcos corrugados en zigzag. La siembra del cultivo de papa se realizó el 25 de octubre del Los aporques del cultivo se realizaron a los 45 y 91 días después de la siembra, para ambos métodos de riego.. Posteriormente, se hizo la cosecha de la patata, a los 142 días después de la siembra, en fecha 16 de marzo de Antes de realizar la siembra, se efectuó un riego con una lámina de 30 mm, con la finalidad de elevar la humedad del suelo a capacidad de campo. Durante el ciclo del cultivo se efectuaron siete riegos. Todos los riegos fueron normales salvo el 1º realizado después de la siembra y el 3º y el 5º después de los aporques. En cada evento de riego se midieron los caudales de entrada y salida en los surcos mediante aforadores tipo Parshall. En el riego por kanis las medidas se hicieron en tres surcos, promediándose las lecturas, en cambio en los surcos corrugados en zigzag las medidas se hicieron en un surco central. Para determinar las curvas de avance y receso, en el sistema de riego por kanis se consideraron cuatro estaciones de medida (al inicio, a 0,83 m, a 1,66 m y a 2,5 m), en tanto que en surcos corrugados en zigzag se tomaron medidas en 16 puntos situados en los cambios de sentido. Para el cálculo de los parámetros de evaluación se utilizaron las ecuaciones propuestas por Walker y Skogerboe (1987).

4 El tiempo de avance (tav) fue utilizado para el cálculo de los parámetros de la función de avance (1). donde: L = distancia de avance (m); p y r = parámetros de la función de avance. La eficiencia de aplicación (E a ) fue calculada a través de la relación entre el volumen de agua infiltrado y almacenado en la zona radicular y el volumen agua aplicado supuesto que la cantidad almacenada se corresponde con la requerida por el cultivo (2). donde: Z req = volumen de agua requerido por el cultivo (m 3 /m); L = longitud del surco (m); Q o = caudal de entrada (m 3 /min); y t co = tiempo de corte (min). donde Z n = lámina neta infiltrada (m 3 /m 2 ); Wf = distancia entre surcos (m). donde: V a = volumen de agua aplicado (m 3 ). La eficiencia de almacenamiento (E r ) fue calculado mediante la relación del volumen en agua infiltrado y almacenado en la zona radicular y el volumen de agua requerido por el cultivo o almacenable. La escorrentía superficial (R s ) fue calculada por la ecuación (5): donde: V inf = volumen infiltrado (m 3 ). La percolación profunda (P d ) se calculó mediante la ecuación (6). La evapotranspiración del cultivo de referencia (ET o ; mm/d) fue determinada mediante la ecuación de Penman-Monteith (Allen et al., 1998), en tanto que la evapotranspiración de cultivo (ET c ) fue calculada por la siguiente relación:, donde: K c = coeficiente de cultivo. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 3. Resultados y discusión Los resultados promedio obtenidos de los tiempos de avance y receso en el sistema de riego por kanis (para los siete eventos de riego) se pueden observar en la figura 2. En el primer riego, el tiempo de avance fue mayor producto de un menor caudal promedio de

5 entrada (0,15 l/s) y además porque el suelo estaba suelto como consecuencia de la siembra. En los dos últimos riegos el tiempo de avance fue menor debido a que los caudales fueron altos (0,40 y 0,43 l/s, respectivamente) y los surcos presentaron una costra delgada en su base. Respecto al exponente de la función de avance r, este estuvo en el intervalo de 0,89 a 1, es decir, la función de avance se asemejó a una recta, debido a los caudales empleados (entre 0,15 a 0,46 l/s), a las pequeñas longitudes de los surcos (2,5 metros) y a su pendiente. El tiempo de receso varió entre 7,72 y 11,44 minutos, ya que, por un lado, en este tipo de sistemas los surcos están bloqueados al final, y, por otro lado, porque una vez que se completa la fase de avance, se sigue aplicando agua al surco hasta llenarlo como una especie de poza, y, debido a la pendiente, el agua se acumula en el final, demorando en desparecer en ese punto. El tiempo de receso fue mayor en el segundo y cuarto riego (cuando hubo un ligero encostramiento en el surco) y menor en el tercer riego (después del aporque). El tiempo de contacto no presentó grandes variaciones para cada evento de riego ya que el avance es muy rápido pues los surcos son muy cortos. Los caudales aplicados en los diferentes riegos no fueron los mismos, tanto en riego por kanis como en surcos corrugados en zigzag, ya que estos se determinaron con base en la experiencia del regante, quien basó su decisión en el estado fenológico del cultivo, clima, humedad del suelo y grado de encostramiento del surco. Figura 2. Tiempos de avance y receso en el riego por kanis para los siete eventos de riego.

6 Tiempo de avance y recesión (min) Para el caso de surcos corrugados en zigzag, las curvas de avance y receso se muestran en la Figura 3. El mayor valor para el tiempo de avance, 14,99 minutos, se observó en el quinto riego, ya que el caudal (0,37 l/s) fue el más pequeño de la serie y porque el suelo estaba previamente removido al haber realizado un aporque. En tanto que el menor valor se obtuvo en el segundo riego, 4,01 minutos, a causa de un caudal alto, 0,71 l/s, y a que surco presentaba una costra de pequeño espesor. El tiempo de receso fue muy grande para el primer riego (varió entre 47,68 y 52,95 minutos) debido al prolongado tiempo de riego ya que el regante aplica habitualmente volúmenes de agua altos en este primer evento de riego (ver tabla 5). En los restantes riegos, el tiempo de receso fue más homogéneo, entre 17 y 29,52 minutos. Los valores de r fluctuaron entre 0,66 a 0,84, menores a los encontrados para este tipo de sistemas por Roldán-Cañas et al. (2015), quienes obtuvieron valores próximos a uno, ya que los surcos estaban ubicados en terrenos con mayor pendiente Distancia (m) 1º Tiempo Av 1º Tiempo Rec 2º Tiempo Av 2º Tiempo Rec 3º Tiempo Av 3º Tiempo Rec 4º Tiempo Av 4º Tiempo Rec 5º Tiempo Av 5º Tiempo Rec 6º Tiempo Av 6º Tiempo Rec 7º Tiempo Av 7º Tiempo Rec Figura 3. Tiempo de avance y receso en el riego por surcos corrugados en zigzag para los siete eventos de riego. En general, el tiempo de contacto disminuye a lo largo de la longitud del surco aunque se muestra bastante constante en los riegos primero, segundo, cuarto y séptimo lo que supone una buena uniformidad de riego.

7 En el riego por kanis, debido a la corta longitud del surco (2,50 m) los tiempos de riego fueron menores que en surcos corrugados en zigzag (21,9 m de longitud de surco). De la misma manera, en el riego por kanis el volumen de agua aplicado por surco durante todo el ciclo del cultivo fue de 167,46 l (101,49 l/m 2 ), menor que en surcos corrugados en zigzag, 4788,50 l (229,49 l/m 2 ) (ver tablas 1 y 2). Si sumamos a estos valores los 30 mm aplicados al inicio (antes de la siembra) resultaría en el riego por kanis un valor de 1315 m 3 /ha y en surcos corrugados en zigzag 2595 m 3 /ha, es decir casi el doble. La precipitación efectiva estimada fue mayor en el riego por kanis (80% de la precipitación) puesto que por la intrincada configuración de los surcos dentro de los juchuy kanis, el agua proveniente de las precipitaciones en ningún caso escurrió fuera de la parcela. En cambio, en los surcos corrugados se observó que el agua de lluvia escurría fuera de la parcela a través de los surcos, dando como consecuencia que la precipitación efectiva estimada fuere del 60% de la precipitación bruta. Al expresar los anteriores resultados en volumen total de agua requerido en el riego del cultivo de papa (incluidos los 30 mm de agua aplicados antes de la siembra), se obtuvo un volumen de 1853,79 m 3 /ha para riego por kanis y para surcos corrugados un volumen de 2644,23 m 3 /ha. Por lo tanto, el agua aplicada en este experimento, siguiendo las indicaciones del regante, es sensiblemente igual a la requerida en surcos corrugados y bastante menor en el riego por kanis lo que no parece haber afectado a los parámetros de desempeño (ver tabla 3). Además, en el riego por kanis existe un marcada tendencia de los agricultores en aplicar una cantidad de agua menor a la requerida (riego deficitario), por dos motivos, el primero para no humedecer las paredes de los taludes que sostienen las terrazas, lo que provocaría el desmoronamiento de estas, y el segundo porque la manera peculiar de manejo del agua en el riego de la parcela y la configuración de los canales y surcos, hace que no exista escorrentía superficial. Evento Tco Va ETc Precipitación Lámina Req. de riego (min) (l) periodo (mm) efectiva (mm) (mm) 1er Riego do Riego er Riego to Riego to Riego to Riego mo Riego Total Tabla 1. Tiempo de riego, volumen de agua aplicado, evapotranspiración del cultivo, precipitación efectiva y lámina requerida en el sistema de riego por kanis, después de la siembra

8 Evento Tco Va Qsalida Volumen ETc P efectiva Lámina Req. de riego (min) (l) (l/s) escurrido periodo (l) (mm) (mm) (mm) 1er Riego do Riego er Riego to Riego to Riego to Riego mo Riego Total Tabla 2. Tiempo de riego, volumen aplicado, evapotranspiración, precipitación efectiva, volumen escurrido y lámina requerida en el sistema de surcos corrugados en zigzag, después de la siembra. Con relación a los parámetros de desempeño (ver Tabla 3) en el riego por kanis, la eficiencia de aplicación, Ea, varió de 18% (séptimo riego) a 100% (primer, tercer y quinto riego), ocurriendo en estos tres casos un riego deficitario (el volumen aplicado fue menor al requerido) lo que aparentemente no afectó al cultivo ya que se encontraba en fase de desarrollo vegetativo no primordial. En el primer riego de los surcos corrugados en zigzag, la eficiencia de aplicación, Ea, fue menor por el prolongado tiempo de riego lo que ocasionó una elevada escorrentía. En el tercer y quinto riego hubo déficit de agua en el suelo ya que Er fue de 73,6% y 56,4%, respectivamente. En el séptimo riego, y para ambos sistemas, por tratarse del último evento antes de la maduración de los tubérculos, el agricultor optó por asegurar el suministro de la lámina requerida a toda la zona radicular (100% de eficiencia de almacenamiento), en desmedro de la eficiencia de aplicación. Evento Kanis Surcos corrugados en zigzag de riego Ea (%) Er (%) Pd (%) Rs (%) Ea (%) Er (%) Pd (%) Rs (%) 1er Riego do Riego er Riego to Riego to Riego to Riego mo Riego Tabla 3. Parámetros de desempeño en riego por kanis y en surcos corrugados en zigzag El tiempo empleado en el riego de todas las parcelas bajo riego por kanis durante el ciclo de cultivo fue de 12 jornadas (ocho horas cada una), por la minuciosidad que implica el suministro y corte de agua en cada surco, en tanto que este tiempo en las parcelas con

9 riego por surcos corrugados en zigzag fue de 8 jornadas. Estos valores están en concordancia con el tamaño de superficie regada, toda vez que el sistema de riego por kanis se utiliza normalmente en pequeñas áreas de terrazas y los surcos corrugados en superficie mayores. En cuanto a los rendimientos de tubérculos de patata, en el riego por kanis, el rendimiento fue mayor, 47,9 Mg/ha, en tanto que en el sistema de riego por surcos corrugados en zigzag fue de 24,6 Mg/ha, ambos muy superiores al rendimiento promedio nacional que es de 6 Mg/ha. Esta diferencia de producción entre ambos métodos puede deberse a que el agua almacenada en el suelo cuando se riega por surcos corrugados en zigzag es menor, debido a la escorrentía producida, al mayor grado de encostramiento de la base del surco, y al menor aprovechamiento del agua de lluvia. 4. Conclusiones Los métodos de riego prehispánicos ensayados en este trabajo, riego por kanis y riego mediante surcos corrugados en zigzag, siguen siendo ampliamente usados en los valles interandinos de Bolivia. Las pruebas realizadas demuestran un buen comportamiento, tanto de rendimiento como de uniformidad, de ambos métodos. Los caudales aplicados en los diferentes riegos han variado de acuerdo con la experiencia del regante. En consecuencia, el volumen aplicado ha resultado menor al requerido en el caso de riego por kanis lo que supone que los regantes implícitamente aplican el riego deficitario. También, el volumen de agua de riego aplicado es menor en el riego por kanis, 1315 m 3 /ha, comparado con el usado en surcos corrugados en zigzag, 2595 m 3 /ha, muy próximo, en este caso, al requerido. El tiempo de avance y tiempo de riego en el sistema de kanis son pequeños dadas las pequeñas longitudes de los surcos y los elevados caudales usados. Como un resultado, la función de avance es prácticamente lineal y el tiempo de contacto uniforme. En el riego por surcos corrugados en zigzag el exponente de la función de avance, r, presenta también valores altos, aunque al ser la pendiente no muy elevada no se puede considerar como lineal. Ahora el avance es más lento, y el tiempo de contacto es más variable que en el otro método, con lo que la uniformidad esperable será menor. En el riego por kanis la intrincada disposición de los surcos, además de estar cerrados al final, hacen que el escurrimiento del agua proveniente de las precipitaciones sea nulo. En cambio, el mayor problema de los surcos corrugados en zigzag son las elevadas pérdidas en escorrentía que podrían atenuarse en el conjunto del sistema de riego si esa agua es reutilizada en parcelas situadas aguas abajo. El desempeño del riego en el sistema por kanis es mejor que en surcos corrugados en zigzag. Sin embargo, el tiempo total empleado en el riego, y por tanto la mano de obra necesaria, es mayor en los primeros, razón por la cual el riego por kanis es más recomendable para el riego de pequeñas superficies.

10 Referencias Allen, R. G., L.S. Pereira, D. Raes y M. Smith Evapotranspiración del cultivo: Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. FAO, Roma. P Chipana, R., H. Bosque, J.L. del Pino, J. Roldán-Cañas y M.F. Moreno-Pérez. 2011a. Sistema de riego prehispánicos en Bolivia. En: Roldán-Cañas, J., Chipana, R. (Coords.), Sistemas ancestrales de riego a ambos lados del Atlántico. Universidad de Córdoba. España, pp Chipana, R., H. Bosque, M.F. Moreno-Pérez, J. Roldán-Cañas y J.L. del Pino. 2011b. Técnicas indígenas actuales de riego. En: Roldán-Cañas, J., Chipana, R. (Coords.), Sistemas ancestrales de riego a ambos lados del Atlántico. Universidad de Córdoba. España, pp Choque, V. R Evaluación del riego por superficie utilizando el método por kanis y surcos corrugados en zigzag en el cultivo de papa (Solanumtuberosum ) en la Estación Experimental de Choquenaira. Tesis de Licenciatura. UMSA, La Paz, Bolivia. 86 p. del Pino, J. L., J. Roldán-Cañas Y M.F. Moreno-Pérez El agua y el riego en la península ibérica. En: Roldán-Cañas, J., Chipana, R. (Coords.), Sistemas ancestrales de riego a ambos lados del Atlántico. Universidad de Córdoba. España, pp Medinaceli, X Señoríos y Desarrollos Regionales (1000/ d.c.). En: Medinaceli, X. (Coord.), Bolivia su historia. Tomo I De los orígenes a los Estados prehispánicos a.c 1540 d.c. Bolivia, pp Ministerio de Medio Ambiente y Agua Inventario Nacional de Sistemas de Riego. Bolivia. 29 p. Palacios, A. y R. Chipana Manejo del agua a nivel parcelario en zonas con elevada pendiente en los valles interandinos de La Paz. En: Ruz, E., Pereira, L. S. (Eds.), Modernización de Riegos y Uso de Tecnologías de Información (síntesis de resultados, Taller Internacional, La Paz, Sept. 2007). PROCISUR, IICA, y CYTED, Montevideo, pp CD-ROM. Roldán-Cañas, J., R. Chipana, M.F. Moreno-Pérez y G. Chipana Description and Evaluation of Zigzag Furrow Irrigation in the Inter-Andean Valleys of Bolivia. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. Published online on 15 april DOI: /(ASCE)IR Walker, W.R. y G.V. Skogerboe Surface irrigation: Theory and practice, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J.