BOLTEC 29(1): 68-75. 1996 TEMPERATURA DE SUELOS EXPUESTOS A COBERTURAS PLASTICAS DE DIFERENTES COLORES DURANTE LA ESTACION LLUVIOSA EN LA ESTACION EXPERIMENTAL FABIO BAUDRIT Marco V. Gutiérrez 1 RESUMEN ABSTRACT Temperatura de suelos expuestos a coberturas Temperature of soils exposed to different colored plásticas de diferentes colores durante la estación llu- plastic covers during the rainy season at the Fabio viosa en la Estación Experimental Fabio Baudrit. Del Baudrit Experiment Station. The temperature regime 28 de julio al 24 de setiembre de 1995, se evaluó el régi- of soils exposed to plastic mulches of different colors men de temperatura de suelos expuestos a coberturas was evaluated. These included black, silver, brown, red, plásticas de diferentes colores: negro, plateado, café, white, white surface/black interior and silver surface/ rojo, blanco, exterior blanco/interior negro y exterior black interior mulches. In addition, an organic mulch plateado/interior negro. Además se incluyó una cobertu- composed of various plant materials and a control ra orgánica de material vegetal variado y un tratamiento treatment (uncovered soil surface) were included. testigo. Los cursos diurnos de la temperatura de los Diurnal courses of soil temperature under mulches of suelos expuestos a las coberturas de diferentes colores different colors exhibited a typical pattern dependent on mostraron un patrón típico, dependiente de la radiación solar radiation and the dynamics of heat flux in soils. solar y de la dinámica del flujo de calor en el suelo. El The date and the time at which maximum soil día y la hora a la cual se alcanzó la máxima temperatura temperature was reached varied for different mulch del suelo varió en función del color de la cobertura. colors. This seemed to be caused by variations in Estos resultados parecieron deberse a las variaciones spectral properties of the materials used. Maximum espectrales de los diferentes materiales utilizados. Las temperatures were reached in soils covered with red and temperaturas máximas fueron registradas en suelos brown mulches, and minimum temperatures in soils expuestos a coberturas de color rojo y café, y las míni- exposed to silver and organic mulches. Compared mas en suelos expuestos a coberturas plateada y orgáni- against the control treatment, all mulch colors were able ca. Comparadas contra el tratamiento testigo, todas las to modify soil temperature regimes. This was specially coberturas fueron capaces de modificar sustancialmente evident under cloudy days characterized by low solar la temperatura del suelo. Esto fue más evidente en días radiation levels. Under these conditions, red and brown nublados caracterizados por bajos niveles de radiación mulches significantly increased soil temperature solar. En estas condiciones, las coberturas roja y café ele- measured at 5 cm depth, resembling the effects of varon, sensiblemente, la temperatura del suelo medida a transparent mulches used in soil solarization. Minimum 5 cm de profundidad, de manera semejante a los resul- temperatures were not necessarily observed in soils tados obtenidos con el uso de coberturas transparentes exhibiting lower maximum temperatures. Lowest durante el proceso de solarización. Las temperaturas mí- temperatures were recorded in soils covered by organic nimas registradas no se alcanzaron necesariamente en los materials, indicating the potential use of these mulches 1 Ph. D., Programa de Agroambiente, Estación Experimetal Fabio Baudrit, Universidad de Costa Rica. GUTIERREZ: TEMPERATURA DE SUELOS BAJO COBERTURAS PLASTICAS 69 suelos que mostraron temperaturas máximas más bajas. to amelliorate soil temperature in environments prone to Las temperaturas más bajas se registraron en suelos cubier- temperature stress. tos con materiales orgánicos, lo que sugiere el posible uso de este tipo de coberturas en ambientes caracterizados por Keywords: plastic film covers, mulching, solar energy, la ocurrencia frequente de estrés térmico en el suelo. environmental control, Costa Rica. Palabras clave: cubiertas de plástico, cubrimiento del suelo, control ambiental, calentamiento del suelo, Costa Rica. INTRODUCCION msnm), perteneciente a la zona de vida de bosque húmedo premontano, con un clima subhúmedo, ca- Las coberturas plásticas son ampliamente uti- liente y una estación seca larga (más de 70 días con lizadas en la producción de hortalizas y frutas fres- déficit hídrico) (Herrera 1985). cas. Los efectos benéficos de estas coberturas in- cluyen mayores rendimientos, cosechas más tempranas y alta calidad de los productos cosecha- Materiales y tratamientos dos (Brown et al. 1991b). Estas respuestas han si- do atribuidas a los efectos de las coberturas sobre El material utilizado fue plástico transparente la morfogénesis y las relaciones hídricas de las de 0,0038 cm (1,50 milésimas de pulgada) de gro- plantas (Ham y Lamont 1991), el control de plagas sor, tratado para soportar la radiación ultravioleta. (especialmente áfidos) y malezas (Brown et al. Los colores de las coberturas plásticas evaluadas 1991a), y a cambios en la fertilidad y en la tempe- fueron: negro, plateado, café, rojo, blanco, exterior ratura del suelo (Liakatas et al. 1986; Soltani et al. blanco/interior negro (blanco/negro) y exterior pla- 1995; Teasdale y Abdul-Baki 1995). teado/interior negro (plateado/negro). Además se incluyó una cobertura orgánica formada por mate- Dado que la producción de hortalizas es alta- rial vegetal variado y un tratamiento testigo. Estos mente dependiente de la lluvia en muchas regiones materiales fueron evaluados en eras orientadas de agrícolas y que existe el potencial de utilizar las este a oeste. coberturas plásticas con múltiples propósitos, cita- dos anteriormente, en este estudio se evaluó el efecto de coberturas plásticas de diferentes colores Variables climáticas sobre el régimen de temperatura del suelo durante la estación lluviosa. Se midieron las siguientes variables climáticas en una estación meteorológica situada en las cerca- nías de las parcelas observadas: a) radiación solar total, b) condiciones atmosféricas (humedad y tem- MATERIALES Y METODOS peratura del aire) y c) precipitación. Las observaciones se realizaron en terrenos de La temperatura del suelo se midió a 5 cm de la Estación Experimental Fabio Baudrit (EEFB), profundidad utilizando geotermógrafos (modelo ubicada en Barrio San José de Alajuela (840 MC-302, SoilTest, Il) del 28 de julio al 24 de se- 70 BOLETIN TECNICO ESTACION EXPERIMENTAL FABIO BAUDRIT M. tiembre de 1995. Dado el número limitado de sen- Los resultados indican que las temperaturas sores, solo seis colores de coberturas plásticas fue- máxima, promedio y mínima alcanzadas por los ron evaluadas a un mismo tiempo. Sin embargo, suelos expuestos a coberturas de diferentes colores considerando el gran número de días observados fueron estables a lo largo del periodo de observa- (casi sesenta), se obtuvo una amplia gama de con- ción de 60 días (Figura 2), observándose las mayo- diciones de radiación solar y de temperatura del res fluctuaciones en los valores de temperatura má- suelo que permitió hacer una comparación cruzada xima (más de 5 °C en algunos casos) (Figura 2). entre todos los colores de coberturas evaluados. La temperatura de los suelos expuestos a co- La exactitud de los geotermógrafos fue cons- berturas roja y café mostraron las temperaturas má- tatada mediante inmersión de los sensores en un ximas mayores (48 y 47 °C, respectivamente), se- baño de agua caliente, cuya temperatura fue varia- guidas por el tratamiento testigo y la cobertura da gradualmente y medida con un termómetro de blanca/negra (46 °C en ambos casos), la cobertura mercurio. plateada/negra (42 °C), la cobertura blanca (39°C), y las coberturas plateada y negra (38 °C en ambos casos). El suelo cubierto con materiales orgánicos alcanzó la menor temperatura máxima (37 °C). RESULTADOS Y DISCUSION El uso de coberturas orgánicas podría produ- Condiciones climáticas cir, enre otros beneficios, el mantenimiento de temperaturas más favorables en ambientes donde Las condiciones climáticas prevalecientes du- el calentamiento excesivo del suelo puede generar rante el periodo de observación fueron típicas de la estrés térmico en las plantas cultivadas. estación lluviosa (Figura 1). Estas se caracterizaron por la ocurrencia frecuente de importantes eventos Las temperaturas mínimas registradas no se de precipitación, y por niveles muy variables de ra- alcanzaron necesariamente en los suelos que mos- diación solar total diaria. Estos a su vez se refleja- traron temperaturas máximas más bajas (Cuadro ron en considerables variaciones en la temperatura 1). Por ejemplo, en el suelo cubierto por el plásti- del aire (hasta 4 °C) y en la humedad relativa (hasta co negro se registró una temperatura máxima de 15%) durante el periodo de observación. 38 °C; 10 °C menor que la temperatura máxima observada en el suelo bajo plástico rojo. Sin em- bargo, la temperatura mínima registrada en el sue- Patrones de temperatura del suelo lo expuesto al plástico negro fue de igual magnitud que la registrada en el suelo expuesto al plástico Las coberturas plásticas modificaron la tempe- rojo (30 °C). ratura del suelo medida a 5 cm de profundidad, y la magnitud del efecto varió en función del color del Las Figuras 3, 4, 5 y 6 contienen los cursos material evaluado (Cuadro 1). Las diferencias en diurnos de temperatura del suelo medida a 5 cm de la temperatura máxima registrada en los suelos ex- profundidad, registrados durante los días en que se puestos a las coberturas de diferentes colores (has- alcanzó la mínima y la máxima temperatura del ta 11 °C) fueron mayores que las diferencias en suelo para cada cobertura (excepto la blanca). temperatura mínima (3 °C). Con excepción de las coberturas roja y café, el suelo descubierto (testi- Los cursos diurnos de la temperatura del sue- go) mostró temperaturas máximas superiores a to- lo expuesto a las coberturas de diferentes colores dos los tipos de coberturas (Cuadro 1). mostraron un patrón típico dependiente de la radia- GUTIERREZ: TEMPERATURA DE SUELOS BAJO COBERTURAS PLASTICAS 71 25 600 20 5555 cobertura negra T mínima 5405 T máxima 15 40 45 T promedio 10 4305 3 5 5 0 3205 0 25 20 24 20 1155 23 4455 cobertura plateada 22 4400 21 3355 20 300 95 255 20 90 15 85 4455 cobertura orgánica 4400 80 35 80 30 60 25 40 20 20 1155 0 0 10 20 30 40 50 6600 0 10 20 30 40 50 60 Días de observación Días de observación Figura 1. Condiciones climáticas prevalecientes du- Figura 2. Valores diarios de temperatura (T) del suelo rante el periodo de observación (28 de julio máxima, mínima y promedio para coberturas a 24 de setiembre) en la estación lluviosa plásticas de tres colores diferentes durante la de 1995 en la Estación Experimental Fabio estación lluviosa de 1995 en la Estación Expe- Baudrit, Alajuela, Costa Rica. rimental Fabio Baudrit, Alajuela, Costa Rica. Cuadro 1. Valores de temperatura máxima y mínima alcanzadas por suelos bajo coberturas plásticas de diferentes co- lores, durante la estación lluviosa (28 de Julio a 24 de Setiembre de 1995) en la Estación Experimental Fabio Baudrit, Alajuela, Costa Rica. Cobertura Temperatura máxima (°C) Temperatura mínima (oC) Testigo (Sin cobertura) 46 27 Orgánica 37 27 Plástico Rojo 48 30 Plástico Café 47 30 Plástico Blanco 39 28 Plástico Negro 38 30 Plástico Plateado 38 28 Plástico Blanco/Negro 46 28 Plástico Plateado/Negro 42 28 Precipitación Humedad Temperatura del Radiación (mm) relativa (%) Aire (°C). Solar (MJ) Temperatura del suelo (°C) 72 BOLETIN TECNICO ESTACION EXPERIMENTAL FABIO BAUDRIT M. Cobertura café Cobertura roja 445 4400 6 6Sseet.t 2211 Sseet.t 3355 330 225 220 1155 4455 2233 Sseet.t 196 Aago. 440 35 330 225 2200 1155 00 44 88 1122 1166 220 2244 00 44 8 1122 1166 2200 2244 Horas del día Figura 3. Curso diurno de la temperatura medida a 5 cm de profundidad en suelos cubier- tos con plásticos café y rojo. Para cada cobertura se muestran los días en que se alcanzó la menor y la mayor temperatura máxima. Cobertura negra Testigo 4455 4400 22 Aaggoo. 2277 A aggo.o 3355 3300 2255 2200 1155 4400 77 Aago. 88 A agog.o 3355 3300 2255 2200 1155 00 4 88 122 1166 220 224 0 4 8 12 116 220 224 Horas del día Figura 4. Curso diurno de la temperatura medida a 5 cm de profundidad en suelos cubierto con plástico negro y suelo descubierto (testigo). Para cada tratamiento se muestran los días en que se alcanzó la menor y la mayor temperatura máxima. Temperatura del suelo (°C) Temperatura del suelo (°C) GUTIERREZ: TEMPERATURA DE SUELOS BAJO COBERTURAS PLASTICAS 73 Cobertura orgánica Cobertura plateada 4455 4400 12 A aggoo. 112 2A gaog.o 3355 3300 2255 2200 155 4400 88 A aggoo. 119 9A gaog.o 3355 3300 25 25 2200 155 00 44 88 1122 1166 2200 2244 00 44 88 1122 1166 2200 2244 Horas del día Figura 5. Curso diurno de la temperatura medida a 5 cm de profundidad en suelos cubier- tos con material orgánico variado y plástico plateado. Para cada tratamiento se muestran los días en que se alcanzó la menor y la mayor temperatura máxima. Cobertura plateada/negra Cobertura blanca/negra 4450 4305 6 Aago. 1100 Sseet.t 35 30 30 25 25 20 20 1155 4400 2233 A aggoo. 24 Aagoo. 3355 3300 2255 2200 155 00 44 8 1122 1166 2200 2244 00 44 8 12 16 20 248 8 12 16 20 24Horas del día Figura 6. Curso diurno de la temperatura medida a 5 cm de profundidad en suelos cu- biertos con plásticos plateado/negro y blanco/negro. Para cada tratamiento se muestran los días en que se alcanzó la menor y la mayor temperatura máxima. Temperatura del suelo (°C) Temperatura del suelo (°C) 74 BOLETIN TECNICO ESTACION EXPERIMENTAL FABIO BAUDRIT M. ción solar y de la dinámica del flujo de calor en el mente en días caracterizados por niveles bajos de suelo. Los valores diarios máximos de tempera- radiación solar. tura del suelo se alcanzaron entre las doce medio día y las dos de la tarde en todos los tratamientos. Estos resultados parecen deberse a las varia- Se observó una diferencia de hasta 20oC en la ciones espectrales de los diferentes materiales uti- temperatura del suelo durante la noche y el día, lizados y coinciden con observaciones publicadas comparable a la observada en el suelo testigo para coberturas de diferentes colores evaluadas en (Figura 4). otras latitudes (Waggoner et al. 1960). Algunas de las propiedades espectrales más importantes de las El día y la hora a la cual se alcanzó la máxima coberturas plásticas incluyen la reflectividad (r), la temperatura del suelo varió en función del color de transmisividad (t), y la absorbancia (a). Valores la cobertura. Por ejemplo, el 27 de agosto, día en obtenidos de la literatura (Ham y Lamont 1991) que se registró la menor temperatura en el suelo son presentados en el Cuadro 2. descubierto (24 °C, Figura 4), la temperatura de los suelos expuestos a coberturas roja y café fue hasta Las coberturas café y roja, con mayor transmi- 20 °C mayor, lo que demuestra el potencial de al- sividad a la radiación solar (alrededor del 30% de la gunas coberturas plásticas de colores para modifi- radiación solar total y del 80% de la radiación foto- car sustancialmente la temperatura del suelo, de sintéticamente activa) (Ham y Lamont 1991; Friend una manera similar a los efectos logrados con el y Decoteau 1990), permitieron la propagación de las uso de plásticos transparentes durante el proceso ondas térmicas hacia la superficie del suelo y proba- de solarización (Gutiérrez 1996). blemente hasta estratos más profundos en el perfil. En contraste, coberturas blancas y plateadas con po- En contraste, el 8 de setiembre, día en que se ca transmisividad (alrededor del 20% de la radia- registró una alta temperatura en el suelo descubier- ción fotosintéticamenteactiva) (Friend y Decoteau to (40°C), la temperatura de los suelos expuestos a 1990) y alta reflectividad impidieron el calenta- coberturas roja y café fue apenas 4 o 5°C mayor. miento de la superficie del suelo. Las coberturas ne- Lo anterior indica que las coberturas plásticas de gra y blanca/negra muestran muy poca transmisivi- color café y rojo son altamente efectivas en la mo- dad a la radiación (menos del 2%) lo que se reflejó dificación de la temperatura del suelo particular- en bajas temperaturas en el suelo subyacente. Cuadro 2. Valores de reflectividad (r ), transmisidad(t) y absorbancia (a) de acuerdo al material usado como cobertura plástica. Material r t a Plateado reflectivo 39,1 0,4 60,5 Plateado acolchado 23,4 49,8 26,8 Café 12,7 33,5 53,8 Negro acolchado 3,5 0,7 95,8 Blanco/negro 47,9 1,3 50,8 Transparente acolchado 10,6 84,5 4,9 Fuente: Ham y Lamont (1991). GUTIERREZ: TEMPERATURA DE SUELOS BAJO COBERTURAS PLASTICAS 75 Agradecimiento Dubé, P.-A. y Stewart, K. (eds.). 22nd Congress of Se agradece al Instituto Meteorológico Nacio- Natl. Agric. Plastics Assoc. Montreal. p. 1-6. nal, especialmente al M.S. Hugo Herrera por el préstamo de los geotermógrafos, a Dagoberto Soto GUTIERREZ, M.V. 1996. Temperatura de un suelo so- por su asistencia técnica, a la Lic. Yolanda Núñez larizado durante la transición estación seca-esta- por su ayuda en el trabajo de campo y en el proce- ción lluviosa en la Est. Exp. Fabio Baudrit. Bole- samiento de los datos y a YANBER S.A. por la do- tín Técnico Estación Experimentel Fabio Baudrit nación de los materiales pláticos. M. (C.R) 29 (1): 75-85. HAM, J.M.; LAMONT, W.J. 1991. 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