El trópico semi-árido brasileño, con un área de 1 150 000 km², corresponde al 70% del área de la región Nordeste y al 13% del país; presenta una gran diversidad de ambientes, comprendidos en 120 unidades geoambientales, con grandes diferencias de orden físico, biológico y socio-económico (Silva et al. 1993). La escasez o la mala distribución de las lluvias, las limitaciones de suelos, las prácticas agrícolas adoptadas, entre otros factores, constituyen aspectos limitantes para el desarrollo agrícola de la región.

Los suelos predominantes en la región son de origen cristalino, normalmente llanos, silicosos y pedregosos, con baja capacidad de infiltración y bajo contenido de materia orgánica. Asociadas a estas características, las altas intensidades de precipitación pluvial causan pérdidas de agua por escorrentía y consecuentemente, erosión hídrica.

Dadas las características de la región es conveniente considerar, en el planeamiento agrícola de la propiedad, mecanismos que posibiliten al productor explotar la misma con menor riesgo, tornándola capaz de producir satisfactoriamente, a pesar de las limitaciones que el ambiente ofrece.

Varios métodos de captación de lluvia in situ fueron desarrollados y o adoptados por EMBRAPA, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária a través del cpatsa, Centro de Pesquisa Agropecuária del Trópico Semi-Arido, utilizando tanto fuerza motriz como tracción animal. En este trabajo, son presentadas las principales técnicas de captación de agua de lluvia in situ más adecuadas a las condiciones de los productores de la zona semiárida brasileña.

Para establecer un sistema de captación de agua in situ, es necesario disponer de información sobre una serie de factores, tales como el tamaño del área a ser cultivada, el suelo, la topografía, la cantidad y la distribución de las lluvias, los cultivos (anuales o perennes) y la disponibilidad de equipos y de mano de obra. Estos requisitos deben estar asociados a factores socio económicos, a fin de viabilizar la inversión de la tecnología.

En el municipio de Petrolina-PE, el período lluvioso se concentra en los meses de diciembre a abril, considerándose ese período como el año agrícola. Los datos de las precipitaciones mensuales para un período de diez años (1985 - 1994), muestran una gran variabilidad en la distribución de las lluvias, con mayor concentración en el mes de marzo (Cuadro 36). En el año agrícola 1994/95, llovieron 781,6 mm, con 210,6 mm en el mes de enero, y en el mismo período de 1992/93 ocurrieron apenas 164,5 mm, de ellos 140,2 mm en los meses de noviembre a enero.

La época de siembra es otro factor de extrema importancia para el suceso de la agricultura dependiente de la lluvia (o de secano). Silva et. al. (1982) muestran que, para el cultivo del caupí, la mejor época de siembra en el municipio de Petrolina - PE , es del 2 al 6 de marzo; para el maíz, este período es del 17 de enero al 9 de febrero, coincidiendo con la época de mayor concentración de la distribución de las lluvias.

En lo que se refiere a la erosión del suelo, la lluvia es uno de los factores climáticos que más influye sobre la misma, siendo su intensidad el factor más importante. En la zona semiárida brasileña, el régimen hídrico es caracterizado por lluvias de corta duración, pero de alta intensidad, con la preparación del suelo ocurriendo muchas veces en condiciones inadecuadas de humedad, pulverizándolo demasiado, lo que lo torna, consecuentemente, más vulnerable a la erosión. Según Lopes y Brito (1993), el período crítico en relación a la erosividad de las lluvias es de febrero a abril, cuando ocurren en media, 64,76% del total anual del índice de erosividad (EI30).

Según FAO (1979), el cultivo del maíz (Zea mays L.), dependiendo de las condiciones climáticas, y sin considerar otros factores de producción, necesita, en su ciclo, de 500 a 800 mm de agua bien distribuida de acuerdo con sus fases fenológicas. Las fases de floración y llenado de grano son críticas para obtener la máxima producción.

Asociando las necesidades hídricas del cultivo del maíz con los datos de precipitaciones medias de 400 mm, se observa que, anualmente, ocurre un cierto déficit hídrico en el cultivo, debido principalmente a la irregularidad en la distribución de las lluvias en el tiempo y en el espacio.

El sistema tradicional de cultivo mínimo de siembra en hoyos, con el auxilio de la azada, da origen a una pequeña depresión, capaz de almacenar cierta cantidad de agua de lluvia. Este sistema es aparentemente poco agresivo para el medio ambiente; pero como el suelo no fue arado, su superficie se presenta ligeramente compacta, dificultando la infiltración y facilitando el escurrimiento superficial, lo que contribuye al proceso erosivo. Por lo tanto, es necesario usar técnicas simples de preparación del suelo, para la captación del agua de lluvia in situ que puedan ser implantadas usando tanto la tracción mecánica como la tracción animal (Duret et al., 1986).

La arada del suelo para la implantación de cultivos de secano, constituye una de las técnicas de captación de agua de lluvia in situ en uso en la región semiárida del nordeste brasileño; la formación de pequeñas depresiones resultantes de la arada, tienen por objetivo impedir el escurrimiento superficial del agua de lluvia, la cual queda almacenada en el perfil del suelo, y estará así disponible por más tiempo para el cultivo. Este sistema consiste en la utilización de arados de tracción animal o tracción motriz, siendo el arado de reja tirado por animales el más simple de todos (Anjos, 1985). La Figura 49 presenta un esquema del cultivo al nivel de campo.

En la tracción animal, el equipamiento más simple es el arado de reja, con un ancho de corte de 8 pulgadas (0,20m). Su costo es de aproximadamente $ EE.UU. 150 y el animal de tracción $ EE.UU. 300 totalizando una inversión de $ EE.UU. 450. El costo del alquiler del implemento y el animal de tracción es de $ EE.UU. 0,96/ hora. En la tracción motriz, el alquiler del tractor de neumáticos varia de $ EE.UU. 12 a 15/hora.

El surcamiento post-plantación es una técnica de captación de agua de lluvia que consiste en una arada del área y siembra en la tierra llana, seguida del surcamiento entre las líneas de cultivo, efectuada en ocasión de la segunda o tercera carpida, dependiendo del cultivo y de su estado de desarrollo, por medio de surcadores a tracción animal o mecánica (Figura 50). Cuando los cultivos como maíz o sorgo están bien desarrolladas es difícil utilizar la barra porta herramientas con más de un surcador. La solución es el uso del surcador de una línea, tirada por un solo animal.

La época más adecuada para el surcamiento del suelo es 30 a 40 días después de la plantación del caupí y de 20 a 30 días después de la plantación del maíz.

El costo para adquisición de un surcador de una línea es aproximadamente de $ EE.UU. 80 y el animal de tracción $ EE.UU. 300 totalizando una inversión inicial de $ EE.UU. 380. El alquiler de un animal de tracción y del surcador de una línea están en torno de $ EE.UU. 0,90/hora. El alquiler del tractor de neumáticos varía de $ EE.UU. 12 a 15/hora.

La técnica de captación de agua de lluvia in situ a través del surcamiento en pre-plantación consiste en una aradura del área y abrir surcos distanciados entre si 0,75m. En este sistema, las carpidas son realizadas utilizando surcadores entre las líneas de siembra y complementadas con el auxilio de azadas manuales, entre las plantas de una misma línea.

Este sistema permite un mayor aprovechamiento del agua de lluvia y además de optimizar los trabajos culturales y fitosanitarios, la posibilidad de la mecanización, debido a que el camellón define la línea de siembra (Figura 51). La presencia de cepas, piedras y pendientes superiores a 5% limitan su utilización.

El costo de un chasis porta herramientas es de $ EE.UU. 1 500 y la yunta de bueyes de tracción en torno de $ EE.UU. 1 000. En el caso de utilizar tractores de neumáticos, el costo del alquiler es de $ EE.UU. 12 a 15/hora.

El sistema de captación de agua de lluvia in situ, a través de surcos cerrados, fue desarrollado por la embrapa-cpatsa, y consiste de una arada y surcamiento del suelo a 0,75m de distancia entre surcos, seguidos de la operación de cierre con pequeñas barreras dentro del surco, con la finalidad de impedir el escurrimiento superficial del agua de lluvia. El cerrado de los surcos efectuado con implementos a tracción animal, (Figuras 52 y 53) debe ser hecho antes de la siembra que es efectuada sobre los camellones.

Los cerramientos están distanciados entre si de 2 a 3 metros; el control es hecho por el operador del cerrador, teniendo cuidado de dejarlos con una altura inferior a la de los camellones destinados a la siembra (Figura 54). En este sistema, las carpidas son realizadas utilizando surcadores entre las líneas y repasando con el auxilio de azada manual entre las plantas.

El cerrador de surcos puede ser construido en pequeños talleres, por artesanos locales y tiene un costo de alrededor de $ EE.UU. 180. Exige poco esfuerzo de tracción, pudiendo ser utilizados animales de pequeño porte, como los asnos que cuestan en media $ EE.UU. 70. Los costos con alquiler del sistema están en torno de $ EE.UU. 0,90/ha.

El sistema de captación de agua de lluvia in situ a través de la arada parcial consiste en dos pasos sucesivos con el arado de reja reversible a tracción animal, dejando una distancia de 0,60m a partir del segundo surco del suelo arado, y así sucesivamente; se reduce de esta manera, el tiempo de trabajo operativo en un 50%, ya que la arada es realizada en fajas. La parte del suelo no arado entre dos fajas es responsable por la captación y conducción del agua basta la zona de la siembra (Figura 55).

En ese sistema, la siembra es hecha con plantadoras manuales sobre el segundo surco dejado por el arado en cada faja, siendo la distancia entre líneas de cultivo de un metro. El sistema es rehecho cada año, promoviendo así, la rotación gradual del área de cultivo. Las carpidas pueden ser efectuadas manualmente con azada, cuando las plantas alcancen la altura de 0,10 m; puede utilizarse el arado de surco reversible, arándose la parte no trabajada para eliminar las hierbas y arrimar tierra a la planta (aporcar) (Figura 52).

La inversión para la adopción del sistema es baja. El arado tiene un costo de $ EE.UU. 150 y un caballo en torno de $ EE.UU. 300. El arado utilizado en la preparación del suelo para la siembra es el mismo para efectuar la carpida mecánica. El alquiler del implemento es de $ EE.UU. 0,70/hora.

Según Silva et al. (1982), la primera técnica de captación de agua de lluvia in situ, adaptada a las condiciones de la zona semiárida nordestina fue desarrollada por el infaol (Instituto Nordestino para el Fomento del Algodón y Oleaginosas), denominada "Método Guimarães Duque de Lavoura Seca". Este método fue adaptado por la embrapa-cpatsa para la explotación de cultivos anuales, principalmente maíz y caupí.

El método Guimarães Duque consiste en la formación de surcos, seguidos por camellones altos y anchos, formados a través de cortes efectuados en curva de nivel, usando un arado de disco reversible, con tres discos. Para hacer el sistema, se recomienda retirar el disco que queda más próximo a los neumáticos traseros del tractor, siendo el trabajo efectuado con los otros dos discos del arado.

El operador tractorista inicia la arada tomando por base las curvas de nivel paralelas al surco del suelo arado en el sentido de la pendiente del terreno. Después del primer surco, para hacer el segundo, debe tenerse cuidado al maniobrar el tractor, para que los neumáticos pasen sobre el suelo que todavía no fue arado, esto es, bordeando el surco anterior y así, sucesivamente. Este procedimiento permite la formación del área de captación entre los camellones, siendo el espacio entre líneas de cultivo de 1,5m (Figura 57).

Este sistema es semi-permanente ya que tiene una duración de tres a cinco años, pudiendo ser adaptado a distintos cultivos con arados de reja a tracción animal, removiendo la zona de plantación.

El alquiler del tractor de neumáticos es de $ EE.UU. 12 a 15/ha, y en media se gasta 1,6h/ha para implantación del sistema.

La captación de agua de lluvia in situ es una técnica de preparación del suelo asociada al almacenamiento de agua de lluvia proveniente del escurrimiento superficial que ha sido muy estudiada en las dos últimas décadas. Es probable que haya surgido antes, esto es, en el período de Brasil colonial, cuando se implantaron los cultivos de caña de azúcar, en el sector semi-árido del Nordeste brasileño, a través del sistema de hoyos rectangulares.

El sistema es utilizado hasta hoy, ya que proporciona una mejor conservación de la humedad en el suelo en virtud de que la tierra de la excavación de los hoyos es distribuida en las adyacencias, impidiendo la pérdida de agua debido a que se rompe la capilaridad.

La agricultura de reflujo es una práctica que consiste en la utilización de los suelos potencialmente cultivables de las represas, ríos y lagos que quedan cubiertas por las aguas en la época de lluvias (Duque, 1973 y Guerra, 1975).

Los reflujos actualmente son explotados, principalmente, por productores que, en su mayoría, utilizan herramientas manuales y, en menor escala, la tracción animal, siendo los cultivos más comunes el arroz, el frijol, el camote y el maíz (Carvalho, 1973).

Según Silva e Porto (1982), hay más de 70 000 represas, públicas y privadas, distribuidas en el Nordeste brasileño. Eso permite la sobrevivencia de tres millones de personas incluso en años de sequía intensa, a través de la explotación de los reflujos (Guerra, 1975).

El implemento mas utilizado por los agricultores es el arado de reja a tracción animal, con un ancho de corte de 8 pulgadas (0,20 m); su costo es de aproximadamente $ EE.UU. 150 y el animal de tracción $ EE.UU. 300 totalizando una inversión de $ EE.UU. 450. En el caso de alquiler de implementos con animal de tracción el costo es de $ EE.UU. 0,96/hora. El alquiler de un tractor de neumáticos varia de $ EE.UU. 12 a 15/hora; sin embargo, es difícil de usar en suelos con alto tenor de humedad, debido al peso excesivo de la máquina, que dificulta su desplazamiento en esas condiciones.

Es interesante observar que las antiguas civilizaciones tuvieron sus orígenes en regiones áridas, donde la producción sólo era posible gracias a la irrigación. Así las grandes aglomeraciones que hace más de 4 000 años se establecieron en las márgenes fértiles de los ríos, Huang Ho y Yangtze, en el amplio imperio de China, del Nilo en Egipto, del Tigris y Eufrates en Mesopotamia y del Ganges en la India, se conservaron gracias a la utilización de los recursos hídricos, (Daker, 1988).

La principal fuente de agua en la producción agrícola del sector semi-árido del Nordeste brasileño es básicamente el agua de lluvia. Otro gran potencial para la explotación agrícola, son las aguas superficiales de ríos permanentes, siendo el río San Francisco el principal de ellos, y las aguas almacenadas en represas construidas en el lecho de ríos de régimen regular. Una fuente importante y poco explotada son las aguas subterráneas, de origen pluvial o fluvial almacenadas, en el subsuelo.

La captación, la elevación y la distribución del agua en la agricultura irrigada es efectuada a través de diversos métodos. En los ríos permanentes se utilizan ruedas de agua que aprovechan el potencial de la energía hidráulica o molinos de viento que accionan pequeñas bombas; otras son movidas con motores eléctricos o de combustión interna que consumen combustibles derivados del petróleo, o extraídos de la biomasa ( alcohol, biogas y vegetales gasificados).

El exceso de agua de irrigación tiene aspectos negativos que se resumen principalmente, en el lavado de los nutrimentos solubles, los altos costos de la energía para la elevación del agua, además de dar origen a problemas de mal drenaje, y consecuentemente, de salinidad. La necesidad de agua por la planta está asociada a sus estadios de crecimiento y a las condiciones del clima. De esta manera, tanto la escasez como el exceso de agua afectan negativamente la productividad de los cultivos.

El uso poco racional del agua en el Nordeste brasileño, provoca la ascensión del nivel freático de agua, que se aproxima a la superficie del suelo en lugares y épocas determinadas, creando condiciones desfavorables para el desarrollo de los cultivos, limitando su productividad y deteriorando su calidad.

Las aguas con un contenido mayor de 3,0 g/l de sales solubles son consideradas saladas y no recomendables para uso en la agricultura. Otro parámetro básico en la clasificación de aguas de irrigación es el sodio, que por encima de 0,3 g/l es considerado perjudicial (Valdiviezo Salazar y Cordeiro, 1985).

La selección de determinado método de irrigación, depende de la disponibilidad de recursos financieros, la calidad del agua, la filtración, el tipo de suelo y la topografía, entre otros factores.

Irrigación por inundación: el sistema se caracteriza por la aplicación de agua en el suelo, en forma de lámina parcial o continua, cubriendo totalmente la superficie del terreno (Soares, 1988).

Irrigación por surcos: la estructura de irrigación está basada en obras de ingeniería (canales de distribución) pero la mayoría de las veces es construida utilizando herramientas manuales con suelo del lugar; la irrigación no es controlada, dirigiendo el agua a través de tapones de tierra, con una azada, cuando el ideal sería el uso de sifones de diámetro apropiado u otro tipo de dispositivo para el control de derrame, tomando ejemplo de áreas exploradas y siguiendo una planificación adecuada.

Cápsulas porosas: son recipientes de una capacidad de 0,6 a 0,7 l conectados a una red hidráulica de alimentación de agua, formando el sistema de irrigación. Son confeccionadas con arcilla no expandible que es inyectada en forma de pasta acuosa en un molde de yeso (gipsita); después de desmoldada y debastadas las aristas, se abre el orificio donde será introducido un tubo de polietileno, que conduce el agua de alimentación del sistema; se seca y hornea a 1 120º C para dar resistencia y obtener una porosidad en torno al 20% ( Silva et al., 1981). El método de irrigación por cápsulas porosas, funciona con baja presión y bajo consumo de agua, 5 litros por unidad/día.

Irrigación por potes de barro: son recipientes con capacidad de 10 a 12 litros, confeccionados en arcilla, que después de secos son quemados en hornos, para dar resistencia y obtener porosidad. Normalmente los potes están intercomunicados entre si por un tubo de polietileno, con diámetro de 1/2 pulgada (12,7 mm) que recibe agua de la fuente de abastecimiento, disminuyendo así la mano de obra para abastecerlos individualmente (Silva et al., 1982).

El principio del funcionamiento de las cápsulas y los potes de barro, está basado en que cuando plantas retiran agua del suelo, generan una diferencia de potencial de agua entre el suelo y la unidad porosa. Esto provoca el flujo del agua al suelo y así abastece adecuadamente las necesidades hídricas del cultivo.

Irrigación localizada por goteo y microaspersión: se caracteriza básicamente, por la aplicación del agua en una fracción del volumen del suelo explorado por las raíces de la planta, en forma puntual o en faja continua, generalmente con distribución presurizada a través de pequeñas filtros y cortos intervalos de riego, manteniendo niveles de humedad ideales el cultivo (Bernardo, 1982). La Figura 58 ilustra el principio de funcionamiento de los sistemas de irrigación localizada.

Irrigación por aspersión: es uno de los sistemas más difundidos en los últimos tiempos. Se caracteriza por la uniformidad de aplicación del agua, la buena eficiencia del sistema, la facilidad para eliminar los peligros de erosión, la posibilidad de su empleo en las más diversas topografías y tipos de suelo.

Pivote central: es un tipo de irrigación por aspersión, donde la unidad consiste en una línea lateral con aspersores que se mueve en círculo y en torno al pivote a una velocidad prefijada y constante. En virtud de que el sistema es autopropulsado, la mano de obra es reducida en la operación, permitiendo también la aplicación directa de fertilizantes y pesticidas vía el agua de irrigación (embrapa, 1988).

El manejo de agua en el suelo está directamente relacionado con los cultivos implantados y con el sistema de irrigación adoptado.

La definición del manejo de agua puede basarse en la medida de cualquiera de los componentes suelo-planta-atmósfera. Cuando se usa el estanque clase A, en base en la evaporación diaria para establecer los turnos de riego semanal, tenemos las siguientes ecuaciones:

· Cálculo de la evaporación media diaria (Ev)

Ev= Ev₁ + Ev₂ +....+Ev₇   (ec.1)

7

donde:

Ev = Evaporación diaria media (mm)

Ev_{1 – 7} = Evaporación diaria (mm)

· Cálculo de la lámina de irrigación (L_b)

L_b= Kp x Kc x Ev (ec. 2)

c_u/100

donde:

L_b = Lámina de irrigación (mm)

K_p = Factor del tanque igual a 0,75

K_c = Coeficiente determinado para el cultivo

c_u = Coeficiente de uniformidad del sistema de irrigación (%), que debe ser determinado in loco

En la irrigación por microaspersión y por goteo, el volumen de agua a ser aplicado en cada unidad de riego depende de la lámina de irrigación y del número de plantas por subunidad de riego.

De este modo:

V_ap = L_b x E_p x E_f   (ec. 3)

D

donde:

V_ap = Volumen de agua aplicado por planta (l/planta/día)

E_p = Espaciamiento entre plantas(m)

E_f = Espaciamiento entre hileras de plantas(m)

D = Número de días del intervalo de irrigación

· El tiempo de irrigación para aplicar la lámina será:

T_j =         V_ap (ec. 4)

N x q_e

donde:

T_j = Tiempo de irrigación por unidad de riego (horas)

N = Número de goteros por planta

q_e = Caudal de los goteros (l/h) (este parámetro debe ser obtenido en pruebas de campo)

Cuando el tiempo de irrigación es superior a tres horas, se recomienda el fraccionamiento en dos irrigaciones, a fin de evitar pérdidas excesivas de agua por percolación profunda y asfixia del sistema radicular.

En los sistemas semi-automatizados de goteo o microaspersión, debe determinarse el volumen de agua por unidad de riego.

V = 10 x L_b x A (ec. 5)

donde:

V = Volumen de agua por unidad de riego (m³)

A = Area de unidad de riego (ha)

En la irrigación por aspersión, según Azevedo et al. (1986), en el período de mayor desarrollo de los cultivos como tomate, cebolla, melón y sandía, la lámina de irrigación debe ser calculada en base a la evaporación acumulada del tanque clase A, para períodos semanales, según la ecuación 6:

 

Entonces, la lámina de irrigación es:

L_b = K_p x K_c x E_v (ec. 6)

E_i

donde:

L_b = Lámina de irrigación(mm)

K_p = Coeficiente del tanque clase A (igual a 0,75 o usar tabla definida para el lugar)

K_c = Coeficiente indicado para el cultivo

E_v = Evaporación media diaria del tanque(mm)

E_i = Eficiencia del sistema de irrigación obtenida en pruebas de campo

Cuando no se realiza el control de humedad del suelo, se debe estimar la disponibilidad de agua en el suelo, en función de tablas desarrolladas y adaptadas a la localidad, a fin de determinar la reposición para la próxima irrigación (Cuadro 37).

· El tiempo de irrigación es:

T_i =    L_b    (ec. 7)

I_a

donde:

T_i = Tiempo de irrigación (horas)

I_a = Intensidad de la aplicación del aspersor, medido en el campo (mm/h)

En la irrigación por surcos, se puede usar la ecuación 6 para calcular la lámina de irrigación (L_b). El tiempo de irrigación(T_i) es función de esa lámina y el tiempo de avance del agua en el surco (T_a) asociado al tiempo de oportunidad de irrigación (T_o). El T_a y el T_o son determinados directamente en pruebas de campo.

El uso de tensiómetros puede auxiliar en el control de la irrigación, principalmente en áreas irrigadas por goteo y microasperción automatizados. Se adaptan bien a suelos donde la mayor parte del agua disponible está retenida a tensiones inferiores a - 0,80 bar (Faria y Costa, 1987).