Las heladas en la agricultura
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El documento detalla los efectos de las heladas en cultivos agrícolas en Estados Unidos, describiendo cómo las bajas temperaturas pueden causar daños severos a las plantas dependiendo de diversos factores como el estado fenológico y el contenido de agua. Se consideran diferentes tipos de heladas, métodos de control, y técnicas de pronóstico que son esenciales para mitigar las pérdidas en la producción agrícola. Además, se discuten las temperaturas críticas de varias especies de cultivos y la importancia de un adecuado manejo del periodo libre de heladas.
Las heladas en la agricultura
- 1. Siniestralidad agrícola Pérdidas por tipo de evento en cultivos para los EEUU (NCIS, 1997) WOB-2 1
- 2. Efecto dañino en las plantas • El congelamiento del agua en las plantas es mortal ya que al expandirse los cristales de hielo perforan las membranas celulares. • El congelamiento del agua en las plantas depende de varios factores (temperatura del aire, contenido de solutos en la células, estado fenológico). • Mayor efecto en tejidos con alto contenido de agua como los brotes jóvenes • Las heladas pueden provocar la muerte de las inflorescencias, la caída de hojas o frutos, la muerte de yemas o la muerte de la plantas. • Se libera calor cuando se congela el agua por lo que es mejor que se congele el agua (si hay) que se encuentra presente en el ambiente y no la que se encuentre en la planta. • Deshidratación de la célula al formarse el hielo aumenta la concentración de soluto provocando la salida de agua por la diferencia de presiones osmóticas en el interior y exterior de la célula. WOB-3 Daños Célula Tallo Afectado por Sano helada Hoja Fruto WOB-4 2
- 3. Aspectos teóricos La física del calor WOB-5 Que es una helada? • Helada meteorológica ha sido considerada cuando la temperatura ambiental baja de los cero grados. • Helada biológica cuando la temperatura ambiental puede causar daños a los tejidos vegetales para las condiciones ambientales, de sanidad, fenología, especie y variedad del cultivo. • La definición no dice donde, como se mide (1.25-2 m en una caseta) y que daño causa (%). • La temperatura ambiental es menor que la temperatura medida en una caseta. WOB-6 3
- 4. Temperatura del punto de rocío • Punto de rocío: temperatura (Tpr) a la cual el vapor de agua se condensa en forma visible como rocío, neblina o escarcha. • Valores altos de Tpr indican grandes cantidades de vapor de agua presente en el aire y viceversa. • Si Tpr=4oC, al bajar la temperatura del aire por debajo de 4, el vapor presente en el aire se condensará. Si baja de lo 0oC se formará escarcha (helada blanca). • Si Tpr<0oC, el hielo no será visible a temperaturas del aire menores a 0oC, causando un gran daño a los cultivos (heladas negras). WOB-7 Tipos de calor • Existen dos tipos de calor: sensible y latente • El calor sensible es el que puede sentirse y medirse con un termómetro • El calor latente está relacionado con los cambios de fase del agua y no se encuentra fácilmente disponible WOB-8 4
- 5. Calor latente (calor químico) • El cambio de fase implica liberación o absorción de calor. WOB-9 Calor latente Se liberan 419 kJ como calor sensible al congelar un kg de agua liquida a 20oC, sin embargo se requieren 2500 kJ para evaporar un kg de agua liquida a 0oC, que se absorbe del calor sensible para convertirse en calor latente. Se requiere mayor energía para evaporar que la que libera para enfriar y congelar la misma masa de agua. Proceso Energía (kJ kg-1) 20 oC a 0 oC 84 Congelamiento a 0 oC 335 Evaporación a 0 oC -2,500 WOB-10 5
- 6. Formas de transferencia del calor sensible Convección- Transferencia de calor por circulación (líquido o gas). Conducción-Transferencia de calor entre sólidos. Radiación-Transferencia de calor por ondas electromagnéticas sin un medio conductor. WOB-11 Clasificación de heladas (por formación) 1.Radiativas: se presentan en noches claras, despejadas en ausencia de viento, al perder calor y enfriarse la superficie terrestre durante la noche. También se conocen como heladas de radiación. 2.Advectivas: se presentan a cualquier hora del día con la llegada de frentes fríos con una temperatura inferior al punto de congelación del agua. WOB-12 6
- 7. Características heladas Tipo Características Radiación Cielos claros y con calma Temperatura durante el día>0oC Inversión termica Advección No perfil de inversión térmica, vientos Temperatura durante el día puede ser <0oC WOB-13 Control de heladas • Aunque las heladas convectivas y radiativas se pueden presentar teóricamente en cualquier lugar, es muy caro proteger al cultivo de una helada convectiva por la gran cantidad de recursos energéticos que se requerirían. La mayoría de los métodos de control están enfocados a mitigar el efecto de heladas radiativas. • Afortunadamente las heladas convectivas se producen en invierno durante el período de reposo de los frutales y son menos frecuentes que las radiativas. WOB-14 7
- 8. Inversión térmica Snyder y Melo-Abreu FAO 2005 WOB-15 Desarrollo de una inversión térmica Snyder y Melo-Abreu FAO 2005 25 20 23h 15 02h 22h 10 01h 5 24h 0 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 o Temperatura ( C) WOB-16 8
- 9. Rango temperaturas críticas oC Cultivo Germinación Floración Fructificación Cebada -7,-8 -1,-2 -2,-4 Col -5,-7 -2,-3 -2,-3 Fríjol -5,-6 -2,-3 -3,-4 Maíz -2,-3 -1,-2 -2,-3 Melón -0.5,-1 -0.5,-1 -1 Soya -3,-4 -2,-3 -2,-3 Tomate 0,-1 0,-1 0,-1 Trigo verano -9,-10 -1,-2 -2,-4 WOB-17 Temperaturas críticas en oC (caducifolios) Cultivo T10 T90 manzano -2.8 -3.9 Pera -2.8 -5.0 Durazno -2.2 -4.4 Ciruela -2.2 -5.0 Cereza -2.8 -3.9 La temperaturas criticas T10 y T90 indican que después de 30 minutos a la temperatura indicada causaran el 10% y 90% de muerte en las partes afectas para la etapa señalada. WOB-18 9
- 10. Pronóstico de heladas advectivas • Las heladas advectivas son pronosticadas anticipadamente por el Sistema Meteorológico Nacional con la ayuda de modelos de circulación detallada de la atmósfera. • Los pronósticos son actualizados a medida que el frente frío se acerca a una zona de interés. • La temperatura del frente advectivo es uniforme ya que los vientos mantienen el aire mezclado y en consecuencia hay poca variación horizontal y vertical. • Las heladas advectivas son difíciles de combatir pero relativamente fáciles de pronosticar. WOB-19 Frentes Los frentes se forman cuando se encuentran dos masas de aire de distinta temperatura. Debido a que el aire caliente es más ligero que el frío, el primero asciende sobre la capa fría. Llamamos a los frentes de según la masa de aire que se mueva más rápido. De esta forma, si una masa de aire caliente se mueve rápido hacia el aire frío, el espacio comprendido entre las dos masas de aire se conoce como frente cálido. Los cambios meteorológicos son rápidos si pasa un frente frío, y son más lentos si se trata de un frente cálido. WOB-20 10
- 11. Frente frío Frente frío WOB-21 Pronóstico de heladas radiativas WOB-22 11
- 12. Condiciones propicias para la presencia de un helada radiativa • Una noche con cielos despejados (sin nubosidad) • Una humedad ambiental baja • Noche con calma con vientos muy ligeros o nulos. WOB-23 Estimar el tiempo de inicio de la helada • Se requieren recursos y infraestructura para salvar el cultivo ante presencia de una helada. • Sin embargo es un reto consumir la cantidad mínima de recursos posible. • Activar anticipadamente cualquier método de control de heladas es una perdidas de recursos. • Por lo tanto es indispensable estimar la tendencia del cambio en la temperatura y así predecir el mejor momento de responder activando el sistema de control de heladas. WOB-24 12
- 13. Datos observados dos horas después puesta sol Temperatura aire rocío mínima dia To (oC) Tr (oC) Tn (oC) Notas: 1 0.0 -6.4 -5.9 Temperatura del aire 2 0.3 -8.6 -5.5 (To) y de rocío (Tr), dos 3 2.4 -6.3 -5.2 horas después puesta 4 1.0 -1.7 -5.1 del sol. 5 2.5 -0.6 -4.4 Temperatura mínima (Tn) 6 4.3 -1.2 -4.3 observada en la 7 4.2 -6.0 -3.8 siguiente mañana 8 3.0 -4.1 -3.5 9 5.2 0.1 -3.3 WOB-25 10 4.9 2.6 -2.7 Ta vs Tmin WOB-26 13
- 14. Predicción de la variación de la temperatura durante una helada por radiación Tp − T2 Ti = T2 + k i − 2 k= n−2 • i es la hora del día, i=0 es la hora de la puesta del sol, i=n a la salida del sol • Ti es la temperatura al tiempo i • T2 es la temperatura a dos horas después de la puesta del sol • k constante • Tp es la temperatura estimada (mínima) hasta la salida del sol del siguiente día WOB-27 Modelo propuesto por Allen, C.C.1957 Allen, C.C.1957 Ejemplo Snyder y Melo-Abreu FAO 2005 WOB-28 14
- 15. Métodos de control WOB-29 Control de heladas • Control indirecto (pasivo)- Prácticas protectivas antes de la presencia de una helada para reducir su impacto. • Control directo (activo)- Prácticas reactivas aplicadas durante la presencia de una helada para remplazar las pérdidas de energía natural. WOB-30 15
- 16. Métodos pasivos de control de heladas • Químicos – Tratamiento químico de la semilla o planta – Uso de reguladores de crecimiento u otras substancias • Físicos – Selección sitio de cultivo (cercano a cuerpos de agua,..) – Modificación del paisaje y microclima – Cobertura del suelo – Protección parcial o total de la planta • Agronómicos – Control del estado nutricional – Manejo del suelo – Variedades resistentes – Selección de cultivos y fecha de siembra de acuerdo al periodo libre de heladas WOB-31 Selección del sitio “El mejor momento para proteger una huerta de una helada es cuando se establece” establece” Humphries (1914) WOB-32 16
- 17. Protección física de cultivos WOB-33 Uso de espumas protectoras para los cultivos Ante el pronóstico de una helada se aplica una espuma protectora a las plantas entre las 4-5 pm anterior a la noche con evento de helada. WOB-34 17
- 18. Aplicación de espuma en campo Fuente: McGovern, Semer IV y Pecsenka (U. Florida) WOB-35 Control directo (activo) • Intercepción de la radiación por medio de generación de gases o humos • Mezclado del aire (bajar el aire caliente que se encuentra arriba) • Calentamiento directo del aire o planta • Aplicación de agua por aspersión para liberar calor por congelamiento o aplicar agua por gravedad para transportar calor e incrementar la conductividad térmica del suelo WOB-36 18
- 19. Intercepción de la radiación WOB-37 Calentadores J. A. Soza, 2005 WOB-38 19
- 20. Ventiladores WOB-39 Helicópteros J. A. Soza 2005 Chile E.E.U.U Nueva Zelanda WOB-40 20
- 21. Sumidero-impulsor de aire Sumidero Invertido Selectivo (SIS) WOB-41 Aplicación de agua WOB-42 21
- 22. Temperatura activación e intensidad de aplicación: método de riego por aspersión Temperatura de inicio/fin para control de heladas con aspersión Intensidad de aplicación temperatura rocío Temperatura bulbo húmedo (oC) mm/hr oC -5 -4 -3 -2 -1 0 Vel. 30 s 60 s Temperatura viento rotación rotación 0 0.0 oC m s-1 mm h-1 mm h-1 -1 -1.0 0.7 -1.7 2.0 2.5 -2 -2.0 -0.4 1.3 -3.3 0.0-0.5 2.8 3.3 -5.0 3.8 4.3 -3 -3.0 -1.4 0.2 1.9 -1.7 2.5 3.0 -4 -4.0 -2.5 -0.9 0.8 2.4 -3.3 0.9-1.4 3.3 3.8 -5 -5.0 -3.5 -1.9 -0.4 1.3 2.9 -5.0 4.6 5.1 -6 -4.5 -3.0 -1.5 0.1 1.8 3.4 -7 -4.1 -2.6 -1.0 0.6 2.2 3.9 -8 -3.6 -2.1 -0.6 1.0 2.6 4.3 Snyder y de Melo- -9 -3.3 -1.7 -0.2 1.4 3.0 4.7 Abreu, 2005 WOB-43 Tablas validas para bajas altitudes (<500 m) Daño potenciales del riego por aspersión WOB-44 22
- 23. Pronostico de días con heladas Fuente: SMN-CNA WOB-45 Periodo libre de heladas • El desarrollo de cultivos anuales esta asociada con el periodo libre de heladas. Las fechas de inicio y fin de dicho periodo definen la etapa potencial de siembras y cosechas. • Heladas tempranas o tardías son catastróficas para el desarrollo del cultivo. • Un estudio detallado del periodo libre de heladas con diferentes niveles de probabilidad es importante para el establecimiento potencial de cultivos. WOB-46 23
- 24. Longitud del periodo libre de heladas WOB-47 Para información adicional Dr. Waldo Ojeda Bustamante IMTA wojeda@tlaloc.imta.mx (777) 329-36-00 ext 445. GRACIAS….. WOB-48 24