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Agronomía Tropical 24(1):11-20. 1974

 RELACION ENTRE EL BALANCE DE AGUA EN EL SUELO Y EL RENDIMIENTO DEL CAFE (Coffea arabica) EN TURRIALBA, COSTA RICA

Javier García Benavides * y J. M. Montoya Maquin*

*Centro Nacional de Investigaciones. Agropecuarias
Maracay, Venezuela.

 **Oficina del IICA en Haití.


INTRODUCCION

El conocimiento de las relaciones que existen entre las variables medioambientales, que inciden en un cultivo y la producción; permiten sacer estimaciones del volumen y calidad de esta, lo cual facilita la aplicación de una serie de acciones tendientes a racionalizar la comercialización del producto, así como a programar el uso de mano de obra pare la cosecha.

En el caso del cultivo del café (Coffea arabica), la literatura señala una serie de investigaciones relativas a la búsqueda de relaciones entre factores climáticos con el volumen y calidad de la producción. En el cave específico de relaciones con factores hídricos, los resultados obtenidos no siempre son coincidentes sino que son más bien contradictorios.

Como ejemplos de estos estudios se puede citar el de McFARLANE (9) que analizó datos procedentes de Turrialba, Costa Rica, con los cuales encontró correlaciones negativas significativas entre las producciones de café y las precipitaciones anuales promedias. DEAN (3) trabajando con información procedente del Distrito Kona, Hawai; encontró correlaciones positivas significativas entre las precipitaciones de los meses de febrero a junio con la producción del año siguiente. De la misma manera SUÁREZ DE CASTRO (12) analizó datos de una plantación del Departamento de Sonsonate en la República de El Salvador, encontrando correlaciones positivas significativas entre la precipitación de los meses de enero a marzo con la producción de café del mismo año. Por otra parte SILVA (11) analizando datos procedentes de Campinas, Sao Paulo, Brasil, no pudo encontrar correlaciones de ningún tipo entre la precipitación y la producción; llegando a encontrar solamente coeficientes de regresión altamente significativos entre la disminución o aumento de producción pare cosechas precedentes, concluyendo que las producciones de café son dependientes de las cosechas de los años precedentes.

El análisis de las investigaciones citad as anteriormente, entre otras, trace pensar de que es necesario emplear una variable que sea más próxima a la realidad biológica que la precipitación pare el establecimiento de correlaciones entre factores hídricos y la producción. Esta es la motivación que se ha tenido en el presente trabajo, en el cual se emplea un análisis que considera el balance de agua en el suelo, el que indica el volumen de agua disponible pare la planta, siendo esta una variable agroclimática y por consiguiente más a la realidad que el simple uso de datos pluviométricos que son una variable climática en su sentido estricto.

El análisis del balance hídrico, o sea el empleo de las deficiencias y excesos hídricos pare su correlación con datos de producción de cultivos tropicales han sido empleadas en varias oportunidades, dando buenos resultados como se puede observar en recientes trabajos aplicados a los cultivos de ajonjolí (5), caceo (7) y yuca (6).

MATERIALES Y METODOS

La información sobre rendimientos, procede de parcelas del Jardín de Introducciones de Café, que el Centro Tropical de Enseñanza e Investigación del Instituto Interamericano de Ciencias Agrícolas, tiene en Turrialba, Costa Rica (Elevación: 602 msnm, latitud: 09° 53' N. Longitud: 83° 38' W). Se consideraron los rendimientos promedios de ocho años de observaciones (1953-54 a 1961-62), procedentes de 13 variedades de café, las que fueron sembradas el 17 de marzo de 1949. Todos los datos fueron expresados en kilogramos por hectárea, como se puede observar en el Cuadro 1.

La información meteorológica empleada en el estudio procede de la estación agrometeorológica de primer orden de la institución, la que se encuentra localizada a escasa distancia de las parcelas experimentales (no más de 300 metros). Los registros utilizados en los análisis corresponden a dos series, la primera que cubre la totalidad de registros de la estación (1944-1971), y la segunda al período pare el cual se dispuso de datos de rendimiento de café (1953-1962).

CUADRO 1. Procedencias y rendirnientos pro medios anuales de 13 variedades de café.

Empleando los registros de temperaturas; precipitación pluvial y humedad relativa del aire, pare ambas series, se llevó a cabo un análisis del balance mensual de agua en el suelo, siguiendo el esquema de cómputo propuesto por THORTNWAITE y MATHER (14), sin embargo éste fue modificado en los siguientes aspectos. Primeramente se utilizó una fórmula pare el cálculo de la evapotranspiración potencial (ETP) que se ajustara mejor a condiciones tropicales (4,8), en segundo término se empleó una capacidad de almacenaje de agua específica pare el cultivo del café y pare los suelos promedio de las parcelas experimentales; considerando una profundidad radical de 90 a 100 cm, profundidad en la cual se encontrarían más de 90% de raíces absorbentes, según lo señalan diversos estudios (13); y los valores de los parámetros físicos de los suelos por AGUIRRE (1). De las tablas de THORTNWAITE y MATHER (14) se generó el siguiente modelo para el cálculo de la evapotranspiración actual acumulada (ETA):

Ca = Capacidad de almacenaje

t = temperatura promedio en °C.

HR = humedad relativa promedio, menos 7 (HR = HR-7)

Este análisis del balance de agua en el suelo a lo largo del ciclo anual permitió determinar y cuantificar los excesos y deficiencias hídricas mensuales pare las dos series de registros consideradas. Con la finalidad de caracterizar el régimen hídrico de la localidad de Turrialba, se consideraron los excesos de agua en el suelo, los cuales en las condiciones locales por su magnitud son los determinantes pare el establecimiento de los cultivos. En este análisis se trató de verificar la representatividad de la serie corta (1953-62) comparándola con la serie de más largos registros (1944-71), pare lo cual se ajustaron ambas series mediante un análisis armónico de series de Fourier, empleando el siguiente modelo (2):

y = a0 + P1 cosx + P2 cos 2x + ... + q1 sen x + q2 sen 2x +...

en el cual:

a0 = media aritmética de las observaciones
P1, P2.... q1, q2.... = ½ de la amplitud de las ondas sobre impuestas.

 

x =  it 
      p

i = número de armónicos.
t = tiempo.
p = período.

De esta manera se detectaron para cada mes, año a año, los valores de los excesos de agua en el suelo, los que luego fueron comparados con los valores observados. Para ambos períodos de observación se investigó la forma en que se presentan los excesos promedios mensuales a lo largo del ciclo anual. La mayor o menor concordancia entre los valores observados y estimados, permiten detectar la normalidad de las variaciones ocurridas en ambas series hídricas, así como la posibilidad de efectuar estimaciones confiables mediante el estudio de los períodos de retorno.

Posteriormente se establecieron curvas de regresión entre los valores totales anuales de los excesos de agua en el suelo y los rendimientos anuales promedios de café. Estas curvas de regresión se ajustaron mediante un modelo gamma y un modelo cuadrático según las siguientes expresiones:

y = b0 x b1 10b2x

y = b0 + b1x + b2x2

Todas estas comparaciones se llevaron a cabo a partir del mes de abril que corresponde al inicio del año hidrológico en que se ajusta mejor a la realidad biológica, que el año legal que se inicia en el mes de enero.

No obstante de que en las condiciones de Turrialba, la magnitud de los excesos hídricos tienen una influencia preponderante en los volúmenes de producción de café, la presencia de pequeños períodos de deficiencia hídrica hizo necesario investigar la contribución que éstos tienen en el volumen total de producción.

Con esta finalidad se incluyó un análisis de regresión múltiple con el objeto de cuantificar la contribución que tienen los excesos y deficiencias anuales en diversos niveles de combinación, sobre la producción.

Para cumplir tal objetivo se empleó un modelo de regresión cuadrática múltiple cuya expresión polinomial es la siguiente:

y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x12 + b4x22 + b5x1x2

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Figura 1, que corresponde a las curves ajustadas mediante un análisis armónico, de los valores de los excesos de agua en el suelo, pare las series 1944-70 y 1954-62; se observe que ambas curves presentan un buen ajuste entre valves observados y calculados (R2 = 0,94 y 0,90), y tienen gran similitud. Esta situación indica que la serie corta (1944-62) es representativa de las condiciones de Turrialba, no obstante esta serie tiene valves de magnitud promedio inferior que la serie de más large duración (1166 mm de exceso pare 1954-62 y 1460 mm de exceso para 1044-70 ). Estas series indican que el período de más bajos excesos es alrededor del mes de marzo, presentándose dos máximos el primero en los meses de junio-julio, de moderada magnitud; y el segundo durante el mes de diciembre, que corresponde al extremo superior de excesos de agua.

Fig. 1. Curvas ajustadas mediante un análisis armónico del exceso de agua promedio mensual para los series 1944 - 70 y 1954-62 respectivamente.

Fig. 1. Curvas ajustadas mediante un análisis armónico del exceso de agua promedio mensual para los series 1944-70 y 1954-62 respectivamente.

La Figura 2 muestra las curves de regresión establecidas entre los excesos de agua en el suelo promedio y los rendimientos de café anuales, su expresión matemática es la siguiente:

ŷ = 0,00003526. X3,163. 10-0,0014 x

ŷ = -2 165,27 + 11,23x - 0,0052 x2

Fig. 2. Curvas de regresión entre el exceso de agua y el rendimiento. A) modelo gamma B) modelo cuadrático.
Fig. 2. Curvas de regresión entre el exceso de agua y el rendimiento. A) modelo gamma B) modelo cuadrático.

Un grado de ajuste de 78 y 81% (R2) respectivamente, indica el alto grado de confiabilidad de estas dos regresiones. Analizando estas curves se puede ver que la producción de café aumenta en forma paralela a la magnitud de los excesos de agua en el suelo hasta alcanzar un máximo en los 1000 mm en el cave de la ecuación gamma y 1100 mm en el cave de la ecuación cuadrática, pare luego decrecer conforme aumentan los excesos hídricos. Considerando que el promedio de los excesos anuales de Turrialba son de 1460 mm (promedio de 1944 a 1970) se puede ver que las condiciones de Turrialba sobrepasarían las condiciones óptimas pare la producción de café en relación a los excesos hídricos.

El análisis más detallado para determinar la influencia de los excesos y deficiencias hídircas anuales, sobre la producción, mediante una regresión múltiple dio la siguiente expresión:

ŷ = -3379,9 + 249,9 x1 + 13,9 x2 - 3,8 x12 - 0,0068 x22 - 0,08 x1x2

                                                                                       "    R2 = 0,99 

en la que:

ŷ = producción, en Ks/Ha
x1 = deficiencia hídrica anual en mm
x2 = exceso hídrico anual en mm

Esta expresión tiene un coeficiente de confiabilidad del 99%, lo que indicaría que tanto los excesos de agua en el suelo como las deficiencias tienen una participación en la producción. Se puede notar que la presencia de una pequeña estación seca en las condiciones de Turrialba , tendría una influencia preponderante en la producción. Esta observación confirma los resultados obtenidos por autores como SUÁREZ DE CASTRO (12) quien encontró correlaciones positivas entre la precipitación de los meses secos del año con la producción de café.

RESUMEN

Se establecieron las relaciones existentes entre las magnitudes de excesos hídricos y la producción de café durante 8 años en Turrialba, Costa Rica, encontrándose coeficientes de determinación significativos (R2 = 0,80). Con la inclusión de la variable déficit de agua en el suelo, además del exceso, se obtuvieron explicaciones en el rendimiento del orden del 99°70. Asimismo se efectuó la comparación de la distribución mensual entre los excesos de agua de la serie de tiempo registrada durante los años del estudio y aquella serie general normal de la localidad, con objeto de averiguar la representatividad de la serie corta. Ambas series fueron ajustada según análisis armónicos.

SUMMARY

The relationships between water excess and coffee production in eight years in Turrialba, Costa Rica, were establised with a high degree of significance for the coeficients calculated (R2 = 0,80). With the inclusion of the water deficit in the soil as a variable, besides the variable water excess, yield can be explained with an accuracy of 99%. In the same manner, the montly distribution of water excess for the period of time under observation were compared with the normal series for the locality, to find out the representation of the small series. Both series were adjusted using harmonic analysis.

BIBLIOGRAFÍA

AGUIRRE, V. Estudio de los suelos del área del Centro Tropical de Enseñanza e Investigación. Tesis Magister Scientieae. Turrialba, Costa Rica, Instituto Interamericano de Ciencias Agrícolas, p. 139. 1971.

OONRAD, V. y POLLAK, L. W. Methods in climatology. Cambridge, Harvard University Press. p. 459. 1950.

DEAN, L. A. Relationships between rainfall and coffee yields in the Kona distric, Hawai. Journal of Agricultural Research 59 (3): 217-222. 1939.

GARCÍA, B., J. y LÓPEZ, D. Fórmula para el cálculo de la evapotranspiración potencial adaptada al trópico (15°N- 15ªS). Agronomía Tropical 20 (5): 335345. 1970.

GARCÍA B., J., MAZZANI, B. y SAINZ, J. M. Relación entre el balance de agua en el suelo y rendimiento del ajonjolí (esamun indicum). Agronomía Tropical (21) 1: 49-57. 1971.

GARCÍA B., J. y MONTALDO, A. Exigencias hídricas de la yuca o mandioca (Manihot esculenta). Agronomía Tropical 21 (1): 25-31. 1971.

GARCÍA B., J. y MONTOYA MAQUIN, J. M. Relación entre la magnitud de excesos hídricos y la producción de cacao (Theabroma cacao) en Turrialba, Costa Rica. Agronomía Tropical. 28 (1): 57-66. 1972.

LEGARDA B., L. y FORSYTHE, W. Estudio comparativo entre la evaporación calculada por varias fórmulas y la evaporacion de tanques, medida en tres lugares tropicales. Turrialba 22 (3): 282-292. 1972.

McFARLANE, W. L. Some factors affecting growth and yield of coffee. Tesis Mad. Agr, Turrialba, Costa Rica, Instituto Interamericano de Ciencias Agrícolas, p. 27. 1949.

ROBINSON J. B. D. q MELVILLE, A. R. The effect of rainfall and other factors on commee production and yields in Kenya 1947-1955. Monthly Bulletin, Coffee Board of Kenya 21 (244): 96-98. 1956.

SILVA, H. Contribuçao para o estudo das causes de variaçao anual da produçao do cafe. Revista do Cafe Portugues 3 (10): 13-28. 1956.

SUAREZ DE CASTRO, F. Relaciones entre las lluvias y la producción de café, Boletín Informativo, Instituto Salvadoreño de Investigaciones del Café. 7: 11-20. 1961.

SYLVAIN, P. G. El cafeto en relación al agua. Turrialba, Costa Rica, Instituto Interamericano de Ciencias Agrícolas (Materiales de Enseñanza de Café y Cacao Nº 11), p. 46. 1959.

THORNTHWAITE, C. W. y MATHER, J. R. Instruction and tables for computing potential evapotranspiration and the water balance. Drexel Institute of Tecnology, Publications in Climatology 10 (3): 184-311. 1957.


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