Desarrollo Del Coeficiente De Cultivo Para Cártamo Forrajero Basado En .

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)La siembra se llevó a cabo con una sembradora de granos pequeños enun suelo seco el 10 y 12 de diciembre de 2016 y 2017, respectivamente,utilizando una densidad de siembra de 50 kg ha-1; tres días después, seaplicó el riego de siembra. En el ciclo 2016-2017 se hicieron tres riegosde auxilio a los 20, 37 y 58 días después de la siembra (DDS); y en elciclo 2017-2018, dos riegos de auxilio a los 30 y 48 DDS. El manejo delcultivo estuvo a cargo del productor.Medición del NDVIEl NDVI se empezó a medir a los 37 DDS en el ciclo 2016-2017 y a los 25en el ciclo 2017-2018, a una altura de 0.6 m sobre el dosel del cultivocada ocho días, pues es la frecuencia en que los satélites Landsat 7 y 8pasan por el área de estudio. Se efectuaron cinco mediciones por día porcultivar en 10 m lineales en el centro de la parcela. Las mediciones fuerona las 10:00 a.m., con orientación de este a oeste, con el equipoGreenSeeker, diseñado por la Universidad Estatal de Oklahoma ycomercializado por la compañía NTech Industries (Ukiah, CA, EUA). ElGreenSeeker funciona dirigiendo un haz de luz roja (0.660 μm), así comoun- infrarrojo cercano (0.780 μm) al dosel del cultivo. El campo de visiónes un óvalo que va de 25 a 50 cm, dependiendo de la altura a la que seencuentre el GreenSeeker con respecto al dosel del cultivo. La altura demedición que se usó fue de 0.6 m, teniendo un campo de visión de 40Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0248

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)cm. El NDVIcampo obtenido del GreenSeeker para los tres cultivares decártamo se comparó con el NDVI satelital estimado por sensores remotos.Imágenes de satéliteSe utilizaron cinco imágenes de satélite en el ciclo 2016-2017 y siete enel 2017-2018 para estimar el NDVI. Las imágenes se colectaron de lossatélites Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper plus (ETM ) y Landsat 8Operational Land Imager (OLI) y Thermal Infrared Sensor (TIRS) (path 30, row 42) (Tabla 1). Cada imagen fue tratada por correcciónradiométrica, atmosférica y superficie iluminada (Kjaersgaard & Allen,2010). Las imágenes se seleccionaron con base en la cobertura temporaly las condiciones sin nubes. Las imágenes con nubes ubicadas a más de10 km del área de interés se consideraron aceptables y fueron procesadassiguiendo las recomendaciones de Allen, Tasumi y Trezza (2007), yKjaersgaard y Allen (2010), utilizando el modelo METRIC, a través delsoftware ERDAS Imagine versión 14.0.Tabla 1. La tabla muestra fecha, DDS y número de Landsat de lasimágenes utilizadas en el estudio.Fecha de imagenDDS# LandsatTecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0249

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 849723/02/1873803/03/1881711/03/18898El NDVI se estimó con el valor de reflectancia de las longitudes deonda rojo e infrarrojo cercano. Para el producto de Landsat 7 ETM seusaron las bandas 3 (0.63 a 0.69 μm) y 4 (0.77 a 0.90 μm), y paraLandsat 8 OLI las bandas 4 (0.636 a 0.673 μm) y 5 (0.851 a 0.879 μm).Para evitar la mezcla de pixeles de NDVIsatelital se utilizó el pixel ubicadoen el centro de la parcela, al igual que las mediciones con GreenSeeker.En último lugar se obtuvo un modelo de datos asimilados entre elNDVIsatelital y el NDVIcampo.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0250

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Altura de plantaSe midió con una cinta métrica desde la superficie del suelo hasta laúltima rama del cultivo, tomando 10 lecturas por cultivar, por día, yfueron promediadas. Las lecturas se registraron en la misma fecha en laque se tomó el NDVIcampo (ocho días), coincidiendo con el paso del satéliteLandsat.Relación entre NDVIcampo y Kc FAO-56Se estableció la relación entre el NDVIcampo y el Kc real con base en elmanual FAO-56 (Allen et al., 1998) para ambos ciclos. La ecuacióngeneral obtenida en los dos ciclos se usó para proponer un valor de Kccomo una función de NDVI. Al final, los valores del nuevo Kc semultiplicaron por ETo para generar la evapotranspiración real del cultivo(ETc) y compararla con la evapotranspiración de referencia, la cual setomó de la estación meteorológica del INIFAP, campo experimental LaLaguna, al igual que la precipitación y las unidades calor.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0251

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Resultados y discusiónPrecipitación y evapotranspiraciónLa precipitación acumulada fue de 25.6 mm para el ciclo 2016-2017 y de38.4 mm para 2017-2018. La precipitación se observó con mejordistribución en el primer año de estudio, ya que los mayores eventossucedieron al final del ciclo, después de los riegos de auxilio (Figura 2).Los valores diarios de evapotranspiración de referencia (ETo) variaron de1.0 a 6.8 mm día-1 en el ciclo 2016-2017 y de 0.4 a 5.5 mm día-1 en elciclo 2017-2018. Sin embargo, los valores acumulados durante el ciclodel cultivo (de siembra a cosecha) fueron similares (267 mm para el ciclo2016-2017 y 266 mm para el ciclo 2017-2018). Como era de esperarse,el valor mínimo de ETo se registró al inicio de cada ciclo de producción yel valor máximo al final del mismo. Estos valores coincidieron con lastemperaturas promedio anotadas en la Comarca Lagunera, donde lastemperaturas frías (10 C) son características del mes de enero y lastempladas (20 C) en marzo. Por otro lado, la Figura 3 muestra laacumulación de unidades calor en los dos ciclos de cultivo, registrándose1 075 unidades calor en el primero y 1 050 en el segundo.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0252

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Figura 2. Precipitación, riego y ETo en dos ciclos de cultivo de cártamoforrajero en Matamoros, Coahuila.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0253

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Figura 3. Acumulación de unidades calor en cártamo forrajero durantedos ciclos en Matamoros, Coahuila.Curvas de NDVILas curvas de NDVI mostraron estar asociadas con las etapas fenológicasdel cultivo y sólo al final del ciclo de producción se notaron divergentes.Esto debido a que el último riego para el ciclo 2016-2017 se aplicó el 9de febrero de 2017 (58 DDS), además de recibir una precipitación de 14.6mm antes de la cosecha; mientras que en 2017-2018 el último riego fueel primero de febrero de 2018 (51 DDS) y recibió una lluvia de 7 mmantes de la cosecha. Así, los valores de NDVI en 2016-2017 seTecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0254

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)mantuvieron en 0.8 y los valores en 2017-2018 disminuyeron a 0.6 alfinal del ciclo (Figura 4). Sin embargo, Tasumi, Allen, Trezza y Wright(2005) reportaron que los valores de NDVI no son afectados por lahumedad del suelo en un estudio que realizó en 383 campos agrícolas alsur de Idaho, EUA. En general, los valores de NDVI tomados en campocon el GreenSeeker para ambos ciclos fueron en promedio 0.2, 0.8 y 0.6para la etapa inicial, madurez y senescencia, respectivamente. Valoressimilares de NDVI fueron reportados por Hajare, Patil y Verma (2008)durante dos ciclos en el cultivo de cártamo sembrado en tres tipos desuelo en Nagpur, India, aunque al final del ciclo caen hasta un valor de0.2 cuando el cultivo se encontraba seco.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0255

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Figura 4. Curvas de NDVI tomados con el GreenSeeker para trescultivares de cártamo. Los círculos rojos representan el NDVI derivadodel satélite en dos ciclos de cultivo.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0256

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)La discrepancia entre valores de NDVI, derivado del satélite y losvalores tomados en campo con el GreenSeeker fueron mayores al inicio yal final del ciclo (Figura 4). Esta diferencia se debió a que las medicionesen campo son directamente al dosel del cultivo, cubriendo un área dealrededor de 0.4 m; mientras que con el satélite, las estimaciones son deun área de 30 x 30 m, midiendo follaje y suelo desnudo. Las medicionesen campo se realizaron el mismo día y a la misma hora en que el satélitepasa por el área de estudio. Las imágenes utilizadas fueron de días sinnubes.Curvas similares de NDVI en trigo, caña de azúcar, algodón y maízfueron reportadas por Garatuza-Payán et al. (2003); Zhang, Anderson, yWang (2015); French, Hunsaker y Thorp (2015), y Reyes-González et al.(2019), respectivamente. Estos autores encontraron discrepancia en laprimera y última etapa del cultivo entre las imágenes de satélite y lasmediciones en campo. Los resultados sugieren que el periodo de mayordiferencia entre el satélite y el GreenSeeker se presenta cuando losvalores de NDVI son menores a 0.6, pues con el satélite se recomiendautilizar el índice de vegetación ajustado al suelo (SAVI) (Huete, 1988), yaque éste minimiza la reflectancia del suelo en las primeras y últimasetapas del cultivo cuando hay escasa cobertura vegetal. Por otro lado,Reyes-González et al. (2018) documentaron que al inicio y término de laestación de crecimiento del maíz, el valor obtenido de ET a partir del NDVIfue menos preciso. Sin embargo, para propósitos de calendarios de riego,este método puede ser aceptable. En otro estudio, Anderson, Allen, Morsey Kustas (2012) reportaron que la ETc calculada a partir de índices devegetación siempre fue subestimada en áreas irrigadas de Idaho, EUA.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0257

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)En la Figura 5 se muestra el desarrollo de la cobertura vegetal delcártamo variedad CD-868 durante el ciclo 2017-2018, el cual empezó convalores bajos; después se va incrementando y al final disminuyeligeramente. Dicha figura presenta la estrecha relación entre la coberturavegetal y el índice de vegetación.Figura 5. Desarrollo de la cobertura vegetal del cártamo variedad CD868 en el Establo E. y C. Asociados durante el ciclo 2017-2018.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0258

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Relación entre NDVIcampo y NDVIsatelitalCon las imágenes del satélite se obtuvieron cinco valores de NDVI en2017-2018 y siete en 2017-2018. La Figura 6 expone la relación entre elNDVI adquirido en campo y el NDVI obtenido con las imágenes. Seencontró una buena relación entre lo medido y estimado, con un altocoeficiente de determinación (r2 0.96). Este grado de confiabilidadmuestra que el satélite es una herramienta útil, no sólo para estimar elNDVI a escala regional sino también a escala de campo. Altascorrelaciones (r2 90) de NDVI entre lo medido en campo con elradiómetro (MSR87) y estimado con sensores remotos fueron analizadospor Duchemin et al. (2006) en 13 campos agrícolas en Marruecos, África.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0259

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Figura 6. Relaciones lineales entre el NDVI campo y NDVIsatelital en dosciclos de cultivo de cártamo forrajero.Altura de plantaTecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0260

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)La Figura 7 indica la dinámica de crecimiento en altura de planta de lostres cultivares de cártamo evaluados durante los dos ciclos de estudio. Alos 25 DDS, el cultivo mostró una altura de 5 cm y en la etapa de rosetauna altura de 10 cm (40 DDS). A continuación, a los 44 DDS, se inició laelongación del tallo hasta alcanzar la etapa reproductiva con el comienzode la formación del capítulo a los 80 DDS, con una altura de planta entrelos 90 y 100 cm. El tallo y ramas continúan creciendo junto con ladiferenciación y desarrollo de las partes del capítulo que se hicierondistinguibles a los 93 DDS, aunque el capítulo aún no estaba abierto. Enesta fecha, las plantas alcanzaron entre 111 y 151 cm de altura. Loscultivares Guayalejo y CD-868 presentaron la mayor altura de planta, yel cultivar Selkino mostró la menor en ambos ciclos. En trabajosanteriores se reportó que el cultivo presentó un ciclo de crecimiento entre82 y 95 DDS, alcanzando alturas entre 82 y 93 cm (Reta et al., 2014;Reta et al., 2017). Esta comparación indica que las alturas de plantafueron superiores a las observadas en trabajos previos en la región.También fueron superiores a las alturas reportadas por Tayebi et al.(2012), quienes obtuvieron alturas máximas de 80 cm en cártamoestablecido con diferentes niveles de evapotranspiración en Tabriz, Irán.Sin embargo, alturas similares (de 104 a 149 cm) fueron reportadas porKizil, Cakmak, Kirici y Inan (2008) en cultivares de cártamo establecidosen Eskishehir, Turquía. No obstante, Bagheri, Saeedi y Zaeh (2006)mencionan que la humedad disponible en el suelo afectó la altura deplanta en un estudio realizado en Isfahán, Irán.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0261

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Figura 7. Altura de planta de tres cultivares de cártamo forrajero en laComarca Lagunera.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0262

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Por otro lado, la Figura 8 señala una relación polinomial de segundoorden entre la altura de planta y el NDVI de los cultivares de cártamo, loque explica entre 64 y 92% la variación total observada del NDVI en elprimer ciclo (2016-2017), y entre 83 y 87% en el segundo ciclo (20172018).Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0263

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Figura 8. Relación entre la altura de planta y el NDVI de tres cultivaresde cártamo forrajero en la Comarca Lagunera.Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007-2422, 11(6), 39-80. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-06-0264

2020, Instituto Mexicano de Tecnología del AguaOpen Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0/)Relación entre NDVIcampo y Kc FAO-56Los valores de NDVI se tomaron de tres cultivares de cártamo evaluadosdurante dos ciclos, mientras que los valores de Kc real se obtuvieron delmanual de la FAO-56. La Figura 9 muestra la relación entre el NDVIcampode tres cultivares de cártamo y el Kc tabulado para dos estaciones decrecimiento. En el primer ciclo de cultivo la relación entre el NDVIcampo yel Kc mostró una r2 0.93; para el segundo ciclo de 0.89 indicó unabuena relación entre NDVIcampo y Kc. Sin embargo, en el segundo ciclo, elvalor de “r” disminuyó ligeramente, esto se debió a que el cultivo presentócondiciones de estrés por causa de la mala programación de los riegos,pues sólo se aplicaron dos riegos de auxilio a la mala distribución de lalluvia durante el ciclo de cultivo. Por tal motivo, la relación entre NDVI campoy Kc fue ligeramente baja, ya que los Kc de la FAO están desarrolladospara cultivos bien regados y sin restricciones de humedad y nutrimentos(Allen et al., 1998). No obstante, los valores de Kc FAO-56 después delos 50 DDS fue de 1.0, mientras que los valores de

asociarían de forma directa con la etapa fenológica del cultivo. Factores bióticos y abióticos que afectan el crecimiento y desarrollo del cultivo, como estrés hídrico, deficiencia-exceso de nutrientes, daño por plagas y enfermedades, entre otros, afectan el valor de Kc y lo desvían del valor de referencia publicado.