1. Introducción

Los objetivos de este trabajo fueron determinar las condiciones edáficas y estimar las necesidades hídricas del banano (Musa aaa cv. gran enano) en la región del Soconusco, Chiapas, así como evaluar dos sistemas de riego por aspersión para ese cultivo. Dicha zona es una de las principales productoras de banano en México, con aproximadamente 12.000 hectáreas bajo riego.

La producción agrícola requiere del conocimiento de las condiciones edáficas (^{Barrera et al., 2020}) y de las necesidades hídricas del cultivo en cuestión. En la región del Soconusco se tienen recomendaciones generales para el banano (^{Garrido-Ramírez et al., 2011}), pero existen pocos trabajos específicos en los que se aborden estas condiciones.

En diversas zonas productoras de banano se han efectuado estudios de las características físicas y químicas del suelo. De los mismos se desprende que el banano requiere suelos con texturas franco y franco arenoso, con pH de 5 a 7 (^{Araújo et al., 2018}; ^{Cigales & Pérez, 2011}; ^{Crane & Balerdi, 1998}; ^{Rodríguez & Guerrero, 2002}; ^{Sattler & Marcelino, 1983}; ^{Soto, 1991}). La calidad del agua de riego puede impactar en los niveles de producción del banano, su mala calidad puede provocar reducciones en la infiltración, así como la presencia de sales (^{Araújo et al., 2018}). Por otra parte, se ha estimado, con diferentes métodos, las necesidades hídricas del cultivo, los valores encontrados van desde 2,5 mm día^-1 hasta 8 mm día^-1 (^{Araújo et al., 2018}; ^{Bassoi et al., 2004}; ^{Cigales & Pérez, 2011}; ^{Liu et al., 2009}; ^{Salazar-Morera, 2019}; ^{Shah et al., 2017}). En general, para cubrir esa demanda de agua se requiere de la aplicación de riego.

En el Soconusco, desde los años 1990 se emplean métodos presurizados. En sus inicios fueron de aspersión sobre el dosel del cultivo, los cuales utilizan una red de tuberías permanentes de policloruro de vinilo (PVC), mediante aspersores con gastos que van desde los 2,77 lps a 27,7 lps y que trabajan a presiones de 3,5 a 6,5 kg cm^-2, con un diámetro de humedecimiento de 60 m a 120 m y con intensidades de aplicación de 10,0 mm h^-1 a 15,0 mm h^-1. Esos métodos se han sustituido por el de aspersión subfoliar, con aspersores con ángulo bajo de 12° y boquillas de 2,4 mm, con un diámetro de mojado que va de 6,0 m a 15,0 m, son permanentes y se colocan sobre elevadores cuya altura va de 40 cm a 80 cm sobre el nivel del suelo.

Los métodos de riego por aspersión para el banano en el Soconusco no son sometidos a evaluación hidráulica, de manera que han sido instalados y operados inadecuadamente, lo que puede provocar desperdicios de agua y energía, causar daño al cultivo y, como consecuencia, una reducción en los ingresos del agricultor.

La evaluación de un sistema de riego, permite determinar, a partir de parámetros cuantitativos, problemas en algún elemento del mismo y determinar la forma en que se está aplicando el riego (^{Martínez, 1991}, ^{Mansour et al., 2019}; ^{Zhang et al., 2019}). La uniformidad de aplicación es el parámetro más importante en la evaluación de un sistema de riego, el cual depende del tipo de aspersor, de las condiciones de operación, así como del espaciamiento entre regantes y aspersores (^{Dieter et al., 2014}; ^{Mohamed et al., 2019}; ^{Tamagi et al., 2018}). En la bibliografía especializada existen pocos reportes sobre evaluación de sistemas de riego por aspersión para el cultivo del banano bajo condiciones normales de operación; se cuenta con estudios en Ecuador (^{Caicedo et al., 2015}), en Cuba (^{Rodríguez et al., 2007}).

2. Materiales y métodos

El estudio se realizó en una finca platanera de veinte hectáreas, ubicada en el municipio de Suchiate, Soconusco, Chiapas (Figura 1). Esta superficie se dividió en cuatro lotes de cinco hectáreas cada uno.

Figura 1 Localización del Soconusco, Chiapas. (Fuente: ^{ECOSUR, 1999}). 

Considerando que el sistema radical del banano tiene su mayor actividad dentro de los primeros 60 cm de profundidad del suelo, se colectaron muestras para las profundidades 0-30 cm y 30-60 cm, es decir, dos muestras por lote, observando las técnicas estandarizadas (^{Chapman et al., 1973}; ^{Del Valle, 1992}; ^{Pulido y Del Valle, 1985}).

Las determinaciones físico-químicas del suelo se realizaron en el Laboratorio de Agua y Suelo del Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo, considerando las técnicas descritas en ^{Aguilera & Martínez (1986)}, ^{Del Valle (1992)}, ^{Pulido & Del Valle (1985)}. La textura se determinó con el hidrómetro de Bouyoucos. La capacidad de campo con el método de la olla de presión y el punto de marchitamiento permanente con el método de la membrana de presión a 15,45 kg cm^-2. El pH se determinó con el método del potenciómetro y la conductividad eléctrica se estableció con el puente de Wheastone. La densidad aparente se determinó por el método de campo utilizando plástico, y para obtener la velocidad de infiltración se realizaron tres pruebas de infiltración con el método de doble cilindro. El modelo matemático para correlacionar los valores de infiltración y estimar la velocidad de infiltración acumulada que se empleó fue el desarrollado por Kostiakov-Lewis (^{Aguilera & Martínez, 1986}).

Las dos muestras de agua colectadas se analizaron en el Laboratorio de Agua y Suelo del Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo. Se determinó la conductividad eléctrica, pH, cationes y aniones, las técnicas utilizadas se describen en ^{Del Valle (1992)} y en ^{Pulido & Del Valle (1985)}. Los problemas de calidad del agua de riego son salinidad, infiltración del agua, toxicidad de iones específicos, entre otros (^{Ayers & Wescot, 1987}). ^{Palacios & Aceves (1970)} han conjuntado ocho índices, los cuales dan un mejor detalle de la calidad del agua en comparación con los índices que sólo toman en cuenta la relación de absorción de sodio (RAS) y la conductividad eléctrica (CE). Para llevar a cabo la clasificación, con respecto a su uso para riego se siguieron los criterios propuestos por ^{Aceves (2011)}, así como ^{Palacios & Aceves (1970)}.

En la práctica de la agricultura de riego se distinguen dos grupos principales de métodos para estimar el uso de agua por los cultivos en su ciclo de desarrollo: a) los métodos basados en la medición directa del uso de agua total en condiciones de campo como resultado de la determinación de todos los componentes del balance hídrico en la capa de suelo o en lisímetros y, b) los indirectos, basados en la determinación por medios experimentales de la interrelación entre la evapotranspiración de los cultivos y las condiciones climáticas, meteorológicas y agrícolas expresadas en forma de distintos índices y coeficientes (^{Aidarov et al., 1985}; ^{Allen et al., 2006}; ^{Liu et al., 2009}; ^{Tijerina, 1999}). En los segundos se emplea un coeficiente de cultivo (kc) que representa el uso de agua (en porcentaje del ciclo total) en función del desarrollo del cultivo en cuestión.

En tal sentido, aquí se procedió a estimar las necesidades hídricas del cultivo mediante métodos indirectos, considerando que la siembra del cultivo se realiza en enero. Se emplearon las variables meteorológicas de la estación López Rayón, la cual se ubica a 14° 37’ 30” de latitud norte y 92° 11’ 20” de longitud oeste y a una altura sobre el nivel del mar de 7,0 m. En esa estación sólo se registran valores de evaporación, precipitación y temperatura, por lo que se emplea el método de Thornthwaite y el método de Blaney-Criddle modificado por Phelan, considerando que este método está recomendado para áreas en las que sólo se tienen datos de temperatura del aire y para periodos de un mes o mayores (^{Allen et al., 2006}). Para estimar la evapotranspiración se usó el coeficiente de cultivo (kc) (^{Araújo et al., 2018}; ^{Da Silva et al., 2009}; ^{Doorenbos & Pruitt; 1980}; ^{Mansour et al., 2019}).

Por otro lado, la evaluación hidráulica se fundamenta principalmente en la determinación de la uniformidad de aplicación del agua, la cual puede ser afectada por el espaciamiento de aspersores, el tipo y operación del mismo, tamaño y tipo de boquilla, velocidad y dirección del viento. Existe una gran variedad de ecuaciones que permiten, a partir de mediciones en campo, estimar la uniformidad de aplicación, en este trabajo se determinó el Coeficiente de Uniformidad de Christiansen (CUc), el Coeficiente de Uniformidad de Distribución (CUD) (^{Dieter et al., 2014}; ^{Mansour et al., 2019}; ^{Mohamed et al., 2019}). Adicionalmente se determinaron dos parámetros: uno que cuantifica la cantidad de agua emitida por el aspersor y que no llega al suelo, y el otro conocido como eficiencia de aplicación intrínseca del sistema, que mide la relación existente entre la lámina media captada por los pluviómetros y la lámina media aplicada (^{Martínez, 1991}).

Se efectuaron dos pruebas para el riego por aspersión sobre el dosel: una en presencia del cultivo y la otra en ausencia de éste. Se realizaron dos pruebas para el riego por aspersión subfoliar en presencia de cultivo, variando la separación entre aspersores y entre líneas regantes.

Para el riego por aspersión sobre el dosel se colocaron dos líneas transversales de pluviómetros. El número de pluviómetros por línea fue de 24 con una separación entre uno y otro de 4,0 metros. El aspersor analizado tiene un diámetro de boquilla de 26,7 mm, con una presión de operación de 4,3 kg cm^-2 y con un tiempo de prueba de dos horas.

En el caso del riego por aspersión subfoliar, cuyos aspersores tienen un arreglo triangular con una separación entre regantes (Sr) de 11,0 m y una separación entre aspersores (Sa) de 11,25 m, se usaron 35 pluviómetros con una separación lineal de tres metros entre uno y otro. El aspersor analizado tiene un diámetro de boquilla de 2,4 mm, con una presión de operación de 3,2 kg cm^-2 y con un tiempo de prueba de dos horas, la altura del elevador fue de 40 cm. En este caso se consideraron cinco aspersores. Los resultados de estas pruebas se compararon con la reportada para diferentes regiones en las que se emplea el riego por aspersión y en las que, de manera particular, se utiliza para el riego del banano.

3. Resultados y discusión

El banano se cultiva en una gran variedad de suelos, pero eso no significa que todos sean aptos para su cultivo, ya que el suelo debe cumplir, además de su función de apoyo y proveedor de espacio vital, con determinados requisitos de carácter físico y químico indispensables para un crecimiento y desarrollo normal de la planta (^{Simmonds, 1973}). En diversas investigaciones se ha demostrado que las texturas más recomendables para obtener una buena cosecha económica de banano son las franco-arenosas muy finas y finas hasta franco-arcillosas (^{Crane & Balerdi, 1998}; ^{Eid & Maklad, 2019}; ^{Rodríguez & Guerrero, 2002}; ^{Sattler & Marcelino, 1983}; ^{Soto, 1991}). La clasificación textural aquí encontrada va desde francos hasta arcillosas, de manera que sólo los lotes 1, 2 y 3 cumplen con este requisito (Tabla 1).

Tabla 1. Clasificación textural del suelo con cultivo de banano 

La densidad aparente del suelo de todos los lotes estudiados queda comprendida dentro del intervalo recomendado para el cultivo del banano, va de 1,15 g cm^-3 a 1,4 g cm^-3 (referencias bibliográficas). Por otro lado, puede verse que la mayor capacidad de almacenamiento (cm) corresponde a los primeros 30 cm del lote 4 (Tabla 2), el cual tiene una clasificación textural arcillo-limosa, sin embargo, esa condición textural permite inferir que ese perfil retiene con mayor fuerza al agua, además debe recordarse que esta textura no es recomendable para el cultivo del banano.

Tabla 2. Densidad aparente, capacidad de campo, punto de marchitamiento permanente y capacidad de almacenamiento en un suelo con cultivo de banano 

El pH del suelo estudiado es adecuado para el cultivo comercial del banano (Tabla 4), sólo el lote 2 rebasa los valores guía que van de 5 a 7 (^{Álvarez, 1981}; ^{Crane & Balerdi, 1998}; ^{Doorenbos & Kassam, 1980}; ^{Rodríguez & Guerrero, 2002}; ^{Sattler & Marcelino, 1983}). En este caso se debe tener cuidado con la lámina de riego aplicada y sobre todo con la calidad del agua, además se debe tener precaución con el tipo y la cantidad de fertilizantes aplicados.

En lo que respecta a la conductividad eléctrica (CE) del suelo, se ha mostrado que el banano es muy sensible a la salinidad, necesitando valores inferiores a 1 dS m^-1 para lograr un buen crecimiento (^{Crane & Balerdi, 1998}; ^{Doorenbos & Kassam, 1980}) y se recomienda su cultivo en suelos con valores de CE inferiores a 2 dSm^-1 y en ningún caso superiores a 6 dS m^-1. Los lotes 1 y 3, no presentan problemas, sin embargo, los lotes 2 y 4, sobre todo en su porción de 30-60 cm, pueden presentar problemas con respecto a este parámetro, debe tenerse cuidado con la lámina de riego aplicada y sobre todo con la calidad del agua.

Tabla 4. Valores de pH y C.E. en un suelo con cultivo de banano 

La fuente de agua es de origen superficial y corresponde a una derivación en la margen derecha del río Suchiate. Los parámetros de calidad del agua (Tabla 5) permiten clasificarla como C1-S1, es decir, bajo peligro de salinidad y bajo peligro de sodio. Así, se puede decir que es adecuada para su uso en el riego del cultivo del banano. En el caso del muestreo dos, la relación de absorción de sodio (RAS) fue de 0,58. La salinidad potencial (SP) fue de 0,415 meq L^-1, para el caso del muestreo 2, lo que la clasifica como un agua de buena calidad para riego. El carbonato de sodio residual (CSR) presenta un valor de 0,0 meq L^-1. La salinidad efectiva (SE) es de 0,45 meq L^-1. El contenido de cloruros es de 0,39 meq L^-1. En Canarias se encontró que el agua de riego en plataneras presentó CE del orden de 0,470 dS m^-1, valor considerado como normal para el cultivo del banano, en Brasil se obtuvieron valores de 1,12 a 1,25 dS m^-1 (^{Araújo et al., 2018}; ^{Vargas-Contreras & Rodríguez- Rodríguez, 2000}). De manera que se puede decir que el agua de riego es de buena calidad y puede usarse en cualquier tipo de suelo con poca probabilidad de que se desarrolle salinidad y un bajo peligro de alcalinidad.

Tabla 5. Calidad química del agua en el río Suchiate 

En relación con la evapotranspiración potencial (ETP), el mes de mayo presenta el máximo valor con 206 mm (Tabla 6), que es superior a los calculados por varios métodos en otras regiones del mundo.

Tabla 6. Cálculo de la evapotranspiración potencial del banano (gran enano) por el método de Thornthwaite. Soconusco, Chiapas. 

Los valores estimados de evapotranspiración real (ETR), permiten observar que ésta alcanza los valores máximos en el mes de octubre con 262,4 mm (Tabla 7). Los meses de agosto a octubre son el período en el que la planta presenta una mayor actividad fotosintética.

Tabla 7 Cálculo de la evapotranspiración real del banano (gran enano) por el método de Blaney-Criddle modificado por Phelan. Soconusco, Chiapas. 

El máximo requerimiento de riego se presenta en el mes de noviembre con un valor de 5,87 mm día^-1 y el mínimo se presenta en el mes de mayo con un valor de 2,03 mm día^-1. Bajo las condiciones analizadas, el cultivo del banano requiere de riego en todos los meses del año (Tabla 8). Por lo tanto, en una plantación con una densidad de siembra de 1.800 plantas ha^-1, los requerimientos hídricos mensuales son alrededor de 1.350 m3 ha^-1. En El Salvador se estima que un nivel de precipitación de 150 a 180 mm por mes es suficiente para cubrir los requerimientos de agua de la planta, sin embargo, se considera conveniente proveer mediante riego esta lámina de agua en la época seca (^{Rodríguez & Guerrero, 2002}). En Nicaragua la falta de riego en la mayoría de las unidades de producción provoca dos estaciones bien marcadas en la producción de banano (^{IICA & JICA, 2004}). En Honduras se encontró que el racimo de banano (variedad gran enano) aumentaba de peso cuando se empleaban láminas de riego por arriba de los 66 mm semanales (^{Arscott et al., 1965}) y en Venezuela se estimó que con 8,5 mm día^-1 se tienen rendimientos aceptables (^{Wagner & Haddad, 1985}). En la Florida (USA), se estimó que el cultivo del banano requiere de 102 a 105 mm de agua por mes para su desarrollo normal y producción de frutos (^{Crane & Balerdi, 1998}).

Tabla 8. Cálculo del requerimiento de riego mensual del banano (gran enano). Región del Soconusco, Chiapas.  

Diversos estudios demuestran que la falta de agua en el periodo de floración limita el desarrollo de las hojas y el número de frutos, del mismo modo en el periodo de formación del racimo, afecta el tamaño de los frutos y su calidad comercial se reduce (^{Doorenbos & Kassam, 1980}). Eso permite ver la importancia del riego en el banano y, por lo tanto, asegurar que el agua aplicada llegue al suelo y a las plantas. De aquí la importancia de someter a una constante evaluación hidráulica a los diferentes métodos de riego.

En relación con la evaluación hidráulica del riego por aspersión sobre el dosel, puede verse que la uniformidad de aplicación de la lámina de riego se reduce en un 66,8% en presencia del cultivo. Los CU obtenidos en presencia de cultivo fueron de 41,73% y el CUc resultó ser de 71,36 en ausencia de cultivo (Tabla 9). En riego por aspersión para otros cultivos, como el algodón, se encontraron valores de uniformidad de distribución que van de 70% a 73% y de CUc que van de 70,12% a 90,06% (^{Buendía et al., 2004}; ^{Dieter et al., 2014}). El valor de CUc establecido como mínimo para cultivos comerciales de alta rentabilidad debe ser mayor a 80% (^{ASCE, 1978}; ^{Christiansen 1942}; ^{Puppo & Currie, 2001}; ^{Tarjuelo, 1999}; ^{Tarjuelo et al., 1999}). La pérdida de agua es considerable tanto en presencia como en ausencia de cultivo, esto genera una baja eficiencia de aplicación en la lámina de riego, esta última resultó mayor en presencia de cultivo.

Tabla 9. Evaluación hidráulica del riego por aspersión sobre el dosel 

Los resultados de las pruebas para el riego por aspersión subfoliar muestran que, a medida que se aumenta la separación entre líneas regantes y entre aspersores, la uniformidad de aplicación se reduce en forma sensible (Tabla 10). En ninguna de las tres separaciones entre regantes y aspersores analizadas, tanto en presencia como en ausencia del cultivo, se cumple con los valores límites establecidos para una evaluación.

En una plantación de banano en Ecuador se encontraron valores de CUc y UD mayores a 95% y 93%, respectivamente, aunque en esa investigación se señala que ello no garantiza que la lámina aplicada esté humedeciendo adecuadamente la profundidad requerida por el cultivo y, por tanto, esté bien regada (^{Caicedo et al., 2015}). En Cuba se determinaron CUc de 71% para un determinado tipo de aspersor con separaciones que van de 6,75 m entre laterales y 7 m entre aspersores en una disposición triangular ^{(Rodríguez et al., 2007}). En una plantación en Colombia se determinaron valores de CUc que van desde 35% a 70 % (^{Guzmán, 2010}).

Tabla 10. Evaluación hidráulica del riego por aspersión subfoliar 

En evaluaciones de sistemas de riego en palma aceitera utilizando aspersores giratorios, se encontraron eficiencias muy bajas, con coeficientes de uniformidad entre 55% y 65%, uniformidad de distribución entre 40% y 50% y eficiencia de aplicación entre 30% y 40% (^{González, 2000}), valores similares se encontraron para el mismo cultivo en Argentina (^{Barrios et al., 2003}).

Al comparar los resultados para las dos modalidades de riego por aspersión, se observa que la uniformidad de aplicación mediante el riego por aspersión subfoliar es mucho mayor que en el riego por aspersión sobre el follaje, en presencia del cultivo. Por lo que, si se desea emplear el sistema de riego por aspersión para el cultivo del banano, a pesar de los resultados obtenidos, este debe ser el de aspersión subfoliar. Es recomendable reducir la separación entre aspersores y líneas regantes, aunque esto impactaría en los costos de inversión.

Por otro lado, los resultados permiten inferir que es necesario tener presente que la uniformidad de aplicación en lotes comerciales (no en lotes experimentales) depende de cómo se diseñó e instaló el sistema de riego, de las condiciones bajo las cuales opera y del manejo (lavado de equipos y eliminación de la obstrucción de las boquillas de los aspersores) que se le dé al sistema.

Conclusiones

En general, las condiciones edáficas cumplen con los requerimientos del cultivo del banano, se requiere poner adecuada atención a las de los lotes 2 y 4 que presentan suelos arcillosos.

La calidad del agua de riego, clasificada como C1S1 y con niveles de sodio (RAS) permisibles, cumple con los valores óptimos recomendados para su uso en el riego del cultivo del banano.

En la zona estudiada, el banano (variedad gran enano) presenta altas tasas de evapotranspiración mensual, del orden de los 26 cm y requiere de riego durante los doce meses del año. El requerimiento de riego promedio anual es de 1.418,9 mm anuales.

La evaluación hidráulica demostró la baja eficiencia de aplicación de los sistemas de riego por aspersión evaluados. De una lámina de riego de 100 mm, sólo en el mejor de los casos, 54 mm llegan al suelo, ello para la menor separación entre aspersores y regantes, en presencia de cultivo. Así se concluye que, en caso de optar por el riego por aspersión para el banano, el de aspersión subfoliar es el que mejores resultados presenta.