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Notas del diplomado semi-presencial a distancia
  sobre Agrometeorología, COFUPRO-IMTA, Abril 2007
                   Jiutepec, Morelos




   Evapotranspiración y
  requerimientos de riego

           Waldo Ojeda Bustamante
           Ernesto Sifuentes Ibarra

                        WOB-1




EVAPOTRANSPIRACIÓN DE
    LOS CULTIVOS


                        WOB-2




                                                      1
Conceptos básicos
• Evaporación (Ev): Proceso de movimiento de agua en forma
  de vapor de agua de la superficie del suelo, agua u hoja a la
  atmósfera

• Transpiración (Tr): Proceso de movimiento de agua en
  forma de vapor de agua de los estomas de la planta a la
  atmósfera
                   ET=Ev+Tr
• Evapotranspiración (ET): Suma de los componentes de
  evaporación y transpiración.

• Uso consuntivo (Uc): Suma de la ET y el agua retenida en
  los tejidos vegetales. Como el agua almacenada en la
  planta es pequeña comparada a la liberada como ET, se
  asume que ambas son iguales (ET=Uc).
                                WOB-3




   Transpiración vs Evaporación




          Variación en un día           Variación en el ciclo

                                WOB-4




                                                                  2
Forma de expresar la
           evapotranspiración
• Usualmente se expresa en unidades de lámina
  de agua por unidad de tiempo, por ejemplo:
  mm/día, mm/semana, cm/mes, cm/etapa, o
  cm/ciclo

• Para árboles frutales es mas común expresarla
  volumen por unidad de tiempo por árbol, en la
  forma de litros/día, litros/semana, litros/mes,
  litros/etapa, o m3/ciclo

• Bajo condiciones de invernadero es común
  expresarla como litros/día por planta o como
  litros/día por m2.
                       WOB-5




 Importancia de la transpiración
• La transpiración de agua por las plantas
  tiene varios efectos positivos
  – Permite refrescar a la planta
  – Permite un intercambio gaseoso de la planta
    con la atmósfera, entra CO2 y se libera vapor
    de agua a través de los estomas
  – A mayor transpiración, mayor es la
    asimilación de materia seca. Los cultivos
    requieren del orden de 100-1000 gr de agua
    para acumular un gramo de materia seca.
                       WOB-6




                                                    3
Variación de la ET
• Varía con la especie. El maíz tiene una mayor
  ET que por ejemplo el sorgo.
• Varía con la etapa. A mayor superficie foliar
  mayor es la ET.
• Varía con las condiciones ambientales de
  humedad, temperatura, viento y radiación solar.
• Varía con las condiciones de humedad del suelo
• Varía con las propiedades del suelo para
  almacenar y transmitir agua.
• Varía con el método de riego

                      WOB-7




      Curva de la ET del maíz




                      WOB-8




                                                    4
Estimación de la ET
• Estimar la evapotranspiración de un
  cultivo es complejo por la cantidad de
  factores que intervienen en el proceso de
  evaporación del agua a través de una
  superficie.




                    WOB-9




          Divide y vencerás
• Para facilitar la estimación la ET se
  separan los efectos de la planta, suelo, y
  clima. Por lo que es necesario presentar
  nuevos conceptos usados en el cálculo de
  la ET con fines de estimar los
  requerimientos de riego de los cultivos.




                    WOB-10




                                               5
Mas conceptos
• Evapotranspiración real de un cultivo
  (ETr): Es la ET observada en campo.
• Evapotranspiración potencial de un cultivo
  (ETc): Es el valor máximo de ET de cultivo
  bajo condiciones optimas de agua, manejo
  y sanidad. ETr<<ETc


Para estimar la ET real de un cultivo
 primeramente se estima la ET potencial
                      WOB-11




  Evapotranspiración potencial del
           cultivo (ETc)
• Para estimar la evapotranspiración potencial de
  un cultivo, se separan en dos términos:
               ETc= f(clima) x f(cultivo)
• El factor cultivo se conoce como coeficiente de
  cultivo (Kc)
• El factor clima se conoce como
  evapotranspiración de referencia (ETo)
• La forma de la ETc es ahora
                    ETc= Kc x ETo

                      WOB-12




                                                    6
Evapotranspiración de referencia
               (ETo)
• La ETo se refiere a la ET de un cultivo de
  referencia, esto es, un cultivo que
  permanece casi constante durante su ciclo
  como el pasto o la alfalfa (cultivos
  perennes).
• Estimar la ETo requiere conocer las
  condiciones ambientales de un lugar.
• Existen varias formas de estimar la ETo de
  un lugar.

                        WOB-13




     Medición directa de la ETo
Los lisímetros proporcionan una medición directa
  de la ETo si se usa el cultivo de referencia. Pero
  también pueden medir directamente la ETc o la
  ETr, dependiendo de las condiciones del cultivo.




                        WOB-14




                                                       7
Estaciones especializadas

 Correlación Turbulenta               Tipo Bowen




                             WOB-15




  Estimación de la ETo: tanques
         evaporímetros

                          ETo=Kt ∆L



• Los tanques evaporímetros pueden ser
  usados para estimar la ETo, midiendo el
  cambio diario (∆L) en el nivel del agua
  y multiplicándolo por un coeficiente del
  tanque (Kt).
                             WOB-16




                                                   8
Estimación de la ETo: estaciones
         meteorológicas
• Se han desarrollado un sinnúmero de
  ecuaciones para estimar la ET por medio de uno
  o más valores de variables meteorológicas,
  principalmente HR, Ta, Vv, Rs.


• A mayor cantidad de variables monitoreadas y
  mayor frecuencia de monitoreo, mayor es la
  precisión en la estimación de la ETo.


                       WOB-17




            Principales variables
               meteorológicas




                       WOB-18




                                                   9
Ecuación de Penman-Montieth
                  (PM)
La ecuación de PM es una de las ecuaciones mas robustas para
  estimas la ETo a intervalos cortos de monitoreo, 1min, 15 min,
  60 min.
                            ∆(Rn − g ) γ * Mw (e s − e d )
                  ETo =               +
                            λ(∆ + γ *) RKrv (∆ + γ *)
    Donde
    ETo     = Evapotranspiración de referencia (kg m-2s-1 o mm s-1
    Rn      = Radiación neta (Kw m-2)
    G       = Flujo térmico del suelo (Kw m-2)
    Mw      = Masa molecular del agua (0.018 kg mol-1)
    R       = Constante universal de los gases (8.3x10 -3 KJ mol-1 K-1)
    K       = Temperatura, Kelvin (273°K)
    λ       = Calor latente de vaporización de agua (2450 KJ kg-1)
    rv      = Resistencia al flujo de vapor de la cubierta vegetal (s m-1)
    ∆       = Pendiente de la función de presión (Pa °C-1)
    γ                                WOB-19
            = Constante sicrométrica aparente (Pa °C-1)




              Cálculos requeridos
  • Usar la ecuación de PM requiere realizar una
    gran cantidad de cálculos, afortunadamente
    existen una serie de programas de computo o
    hojas de calculo que facilitan esta tarea.
  • La mayoría de las compañías manufacturadoras
    de estaciones meteorológicas incluyen en el
    programa registro de las variables una
    estimación automática de la ETo, aunque con
    variantes en la ecuación de PM.


                                    WOB-20




                                                                             10
Evapotranspiración de
      referencia (5 años)
                                     El Carrizo, Sinaloa




                              Fuente: Ojeda, 2004
                     WOB-21




    Coeficiente de cultivo (Kc)
• Diversos experimentos que han estimado
  tanto la ETc como la ETo, ha permitido
  estimar la variación diaria del coeficiente
  de cultivo como:
                  Kc=ETc/ETo
• Los valores de Kc son generalmente en el
  rango de 0.2-1, aunque pueden ser
  mayores que 1 o cercanos a cero.

                     WOB-22




                                                           11
Variación estacional del Kc




            WOB-23




 Modelo de ajuste lineal




            WOB-24




                              12
Valores de Kc para Mochis


                 Fase     Inicial     Desarrollo Intermedia Maduración
                                        Algodón
               Duración        30        65           70       75
                (días)
                 Kcb       0.26             -          1            0.5
                                           Maíz
               Duración        20          70          40           50
                (días)
                 Kcb       0.3              -          1.1          0.5
                                           Sorgo
               Duración        20          30          25           20
                (días)
                 Kcb       0.3              -          1            0.55
                                           Trigo
               Duración        15          40          35           40
                (días)
                 Kcb       0.26             -          1.1          0.45


                          Fuente: Ojeda y Sifuentes, 2000
                                     WOB-25




     Kc para cultivos perennes
                                                        Frutales de hoja   Frutales de hoja
Mes   Caña   Alfalfa Pasto          Vid     Cítricos
                                                            caduca             perenne

 1    0.30    0.65      0.48        0.20        0.65         0.20              0.60
2     0.35    0.75      0.60        0.23        0.67         0.25              0.75
3     0.50    0.85      0.75        0.30        0.69         0.35              0.85
4     0.60    1.00      0.85        0.50        0.70         0.65               1.00
5     0.77    1.10      0.87        0.70        0.71         0.85               1.10
6     0.90    1.13      0.90        0.80        0.72         0.95               1.12
7     0.98    1.12      0.90        0.80        0.72         0.98               1.12
8     1.02    1.08      0.87        0.75        0.71         0.85               1.05
9     1.02    1.00      0.85        0.67        0.70         0.50               1.00
10    0.98    0.90      0.80        0.50        0.68         0.30              0.85
11    0.90    0.80      0.65        0.35        0.67         0.20              0.75
12    0.78    0.65      0.60        0.25        0.65         0.20              0.60


                                     WOB-26




                                                                                              13
Pasos para estimar la
       evapotranspiración real




                        WOB-27




 Efecto del contenido de humedad
             del suelo
                ETr= KeETc = KcETo

• Una vez que se ha estimado la
  evapotranspiración potencial del cultivo, se
  ajusta por un factor de estrés calculado en
  función la humedad disponible en el suelo
  usando la siguiente relación:       ln(HA + 1)
                                  Ke =
                                         ln(101)

• Donde HA es la humedad aprovechable
  presente en el suelo, si el suelo se encuentra a
  capacidad de campo el valor de HA es de 100%,
  si esta a PMP la HA es de 0%.
                        WOB-28




                                                     14
Variación de las ET´s




          WOB-29




REQUERIMIENTOS DE
     RIEGO



          WOB-30




                         15
BALANCE DE HUMEDAD
             ET


                                 Lluvia            Riego
  Escurrimiento                                            Escurrimiento
    Ese                                                          Ess


                                                                 Esss
    Esse
                                                           Zona de raices

                   Percolación              Ascenso capilar
                                   WOB-31




  Ecuación de balance del riego
                  ∆θ= Entradas - Salidas
Donde
Entradas= R + Pe +Ac
Salidas=ET + D
∆θ= Cambio en el almacenamiento de humedad

R=Riego
Pe=Lluvia
Ac=Ascenso capilar
D=Percolación profunda
                                   WOB-32




                                                                            16
Requerimientos de riego (RR)

En forma simplificada los requerimientos de
      riego se calculan con la siguiente
                  ecuación:
                RR=ETr-Pe




                     WOB-33




      PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Pe)


          Pe=0 para P≤16.7 mm

         Pe =0.6P-10
                 Para 16.7<P<70 mm

         Pe = 0.8P-24
                 Para P≥70 mm

           Pe= Precipitación efectiva (mm)
           P= Precipitación obervada(mm)
                     WOB-34




                                              17
Requerimientos de riego diario



               12
RRD (mm/día)




               6
                                                   A
               0




                              WOB-35




               Ya estamos listos para calcular la
                      lamina de riego?
     • Hasta ahora se ha calculado la lamina de agua
       que se tiene que aplicar a una parcela
       asumiendo que toda el agua se queda en la
       zona de raíces. ¡Lo cual no es cierto! El
       requerimiento de riego calculado se conoce
       como lámina neta.
     • Dependiendo del sistema de riego, se tiene que
       aplicar un sobreriego de acuerdo a su eficiencia.
     • La lamina calculada de acuerdo a la eficiencia
       del sistema de riego se conoce como lamina
       bruta.
                              WOB-36




                                                           18
Rangos de eficiencias de riego de
          los sistemas

             Método              Rango
              Surcos             55-80

              Melgas             63-87

              Goteros            74-93

            Cintas goteo         85-95

               Pivote            80-87



                        WOB-37




               Ahora si…

Si se quiere aplicar una lámina neta de 10
  mm por un sistema de riego por goteo con
  una eficiencia del 85%, la lamina bruta que
  se requiere aplicar es de:

              10 / 0.85 = 11.8 mm




                        WOB-38




                                                19
Lamina bruta x Sistema


             RR   Goteo Goteo Pivote
       dia   mm    diario 2 dias
        1    4      4.7
        2    4      4.7    9.4
        3    2      2.4
        4    2      2.4    4.7
        5    4      4.7
        6    2      2.4    7.1   21.2


                                        Ea=85%
                    WOB-39




Dr. Waldo Ojeda Bustamante
IMTA
wojeda@tlaloc.imta.mx
(777) 329-36-00 ext 445.

GRACIAS…..



                    WOB-40




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Evapotranspiración de los cultivos

  • 1. Notas del diplomado semi-presencial a distancia sobre Agrometeorología, COFUPRO-IMTA, Abril 2007 Jiutepec, Morelos Evapotranspiración y requerimientos de riego Waldo Ojeda Bustamante Ernesto Sifuentes Ibarra WOB-1 EVAPOTRANSPIRACIÓN DE LOS CULTIVOS WOB-2 1
  • 2. Conceptos básicos • Evaporación (Ev): Proceso de movimiento de agua en forma de vapor de agua de la superficie del suelo, agua u hoja a la atmósfera • Transpiración (Tr): Proceso de movimiento de agua en forma de vapor de agua de los estomas de la planta a la atmósfera ET=Ev+Tr • Evapotranspiración (ET): Suma de los componentes de evaporación y transpiración. • Uso consuntivo (Uc): Suma de la ET y el agua retenida en los tejidos vegetales. Como el agua almacenada en la planta es pequeña comparada a la liberada como ET, se asume que ambas son iguales (ET=Uc). WOB-3 Transpiración vs Evaporación Variación en un día Variación en el ciclo WOB-4 2
  • 3. Forma de expresar la evapotranspiración • Usualmente se expresa en unidades de lámina de agua por unidad de tiempo, por ejemplo: mm/día, mm/semana, cm/mes, cm/etapa, o cm/ciclo • Para árboles frutales es mas común expresarla volumen por unidad de tiempo por árbol, en la forma de litros/día, litros/semana, litros/mes, litros/etapa, o m3/ciclo • Bajo condiciones de invernadero es común expresarla como litros/día por planta o como litros/día por m2. WOB-5 Importancia de la transpiración • La transpiración de agua por las plantas tiene varios efectos positivos – Permite refrescar a la planta – Permite un intercambio gaseoso de la planta con la atmósfera, entra CO2 y se libera vapor de agua a través de los estomas – A mayor transpiración, mayor es la asimilación de materia seca. Los cultivos requieren del orden de 100-1000 gr de agua para acumular un gramo de materia seca. WOB-6 3
  • 4. Variación de la ET • Varía con la especie. El maíz tiene una mayor ET que por ejemplo el sorgo. • Varía con la etapa. A mayor superficie foliar mayor es la ET. • Varía con las condiciones ambientales de humedad, temperatura, viento y radiación solar. • Varía con las condiciones de humedad del suelo • Varía con las propiedades del suelo para almacenar y transmitir agua. • Varía con el método de riego WOB-7 Curva de la ET del maíz WOB-8 4
  • 5. Estimación de la ET • Estimar la evapotranspiración de un cultivo es complejo por la cantidad de factores que intervienen en el proceso de evaporación del agua a través de una superficie. WOB-9 Divide y vencerás • Para facilitar la estimación la ET se separan los efectos de la planta, suelo, y clima. Por lo que es necesario presentar nuevos conceptos usados en el cálculo de la ET con fines de estimar los requerimientos de riego de los cultivos. WOB-10 5
  • 6. Mas conceptos • Evapotranspiración real de un cultivo (ETr): Es la ET observada en campo. • Evapotranspiración potencial de un cultivo (ETc): Es el valor máximo de ET de cultivo bajo condiciones optimas de agua, manejo y sanidad. ETr<<ETc Para estimar la ET real de un cultivo primeramente se estima la ET potencial WOB-11 Evapotranspiración potencial del cultivo (ETc) • Para estimar la evapotranspiración potencial de un cultivo, se separan en dos términos: ETc= f(clima) x f(cultivo) • El factor cultivo se conoce como coeficiente de cultivo (Kc) • El factor clima se conoce como evapotranspiración de referencia (ETo) • La forma de la ETc es ahora ETc= Kc x ETo WOB-12 6
  • 7. Evapotranspiración de referencia (ETo) • La ETo se refiere a la ET de un cultivo de referencia, esto es, un cultivo que permanece casi constante durante su ciclo como el pasto o la alfalfa (cultivos perennes). • Estimar la ETo requiere conocer las condiciones ambientales de un lugar. • Existen varias formas de estimar la ETo de un lugar. WOB-13 Medición directa de la ETo Los lisímetros proporcionan una medición directa de la ETo si se usa el cultivo de referencia. Pero también pueden medir directamente la ETc o la ETr, dependiendo de las condiciones del cultivo. WOB-14 7
  • 8. Estaciones especializadas Correlación Turbulenta Tipo Bowen WOB-15 Estimación de la ETo: tanques evaporímetros ETo=Kt ∆L • Los tanques evaporímetros pueden ser usados para estimar la ETo, midiendo el cambio diario (∆L) en el nivel del agua y multiplicándolo por un coeficiente del tanque (Kt). WOB-16 8
  • 9. Estimación de la ETo: estaciones meteorológicas • Se han desarrollado un sinnúmero de ecuaciones para estimar la ET por medio de uno o más valores de variables meteorológicas, principalmente HR, Ta, Vv, Rs. • A mayor cantidad de variables monitoreadas y mayor frecuencia de monitoreo, mayor es la precisión en la estimación de la ETo. WOB-17 Principales variables meteorológicas WOB-18 9
  • 10. Ecuación de Penman-Montieth (PM) La ecuación de PM es una de las ecuaciones mas robustas para estimas la ETo a intervalos cortos de monitoreo, 1min, 15 min, 60 min. ∆(Rn − g ) γ * Mw (e s − e d ) ETo = + λ(∆ + γ *) RKrv (∆ + γ *) Donde ETo = Evapotranspiración de referencia (kg m-2s-1 o mm s-1 Rn = Radiación neta (Kw m-2) G = Flujo térmico del suelo (Kw m-2) Mw = Masa molecular del agua (0.018 kg mol-1) R = Constante universal de los gases (8.3x10 -3 KJ mol-1 K-1) K = Temperatura, Kelvin (273°K) λ = Calor latente de vaporización de agua (2450 KJ kg-1) rv = Resistencia al flujo de vapor de la cubierta vegetal (s m-1) ∆ = Pendiente de la función de presión (Pa °C-1) γ WOB-19 = Constante sicrométrica aparente (Pa °C-1) Cálculos requeridos • Usar la ecuación de PM requiere realizar una gran cantidad de cálculos, afortunadamente existen una serie de programas de computo o hojas de calculo que facilitan esta tarea. • La mayoría de las compañías manufacturadoras de estaciones meteorológicas incluyen en el programa registro de las variables una estimación automática de la ETo, aunque con variantes en la ecuación de PM. WOB-20 10
  • 11. Evapotranspiración de referencia (5 años) El Carrizo, Sinaloa Fuente: Ojeda, 2004 WOB-21 Coeficiente de cultivo (Kc) • Diversos experimentos que han estimado tanto la ETc como la ETo, ha permitido estimar la variación diaria del coeficiente de cultivo como: Kc=ETc/ETo • Los valores de Kc son generalmente en el rango de 0.2-1, aunque pueden ser mayores que 1 o cercanos a cero. WOB-22 11
  • 12. Variación estacional del Kc WOB-23 Modelo de ajuste lineal WOB-24 12
  • 13. Valores de Kc para Mochis Fase Inicial Desarrollo Intermedia Maduración Algodón Duración 30 65 70 75 (días) Kcb 0.26 - 1 0.5 Maíz Duración 20 70 40 50 (días) Kcb 0.3 - 1.1 0.5 Sorgo Duración 20 30 25 20 (días) Kcb 0.3 - 1 0.55 Trigo Duración 15 40 35 40 (días) Kcb 0.26 - 1.1 0.45 Fuente: Ojeda y Sifuentes, 2000 WOB-25 Kc para cultivos perennes Frutales de hoja Frutales de hoja Mes Caña Alfalfa Pasto Vid Cítricos caduca perenne 1 0.30 0.65 0.48 0.20 0.65 0.20 0.60 2 0.35 0.75 0.60 0.23 0.67 0.25 0.75 3 0.50 0.85 0.75 0.30 0.69 0.35 0.85 4 0.60 1.00 0.85 0.50 0.70 0.65 1.00 5 0.77 1.10 0.87 0.70 0.71 0.85 1.10 6 0.90 1.13 0.90 0.80 0.72 0.95 1.12 7 0.98 1.12 0.90 0.80 0.72 0.98 1.12 8 1.02 1.08 0.87 0.75 0.71 0.85 1.05 9 1.02 1.00 0.85 0.67 0.70 0.50 1.00 10 0.98 0.90 0.80 0.50 0.68 0.30 0.85 11 0.90 0.80 0.65 0.35 0.67 0.20 0.75 12 0.78 0.65 0.60 0.25 0.65 0.20 0.60 WOB-26 13
  • 14. Pasos para estimar la evapotranspiración real WOB-27 Efecto del contenido de humedad del suelo ETr= KeETc = KcETo • Una vez que se ha estimado la evapotranspiración potencial del cultivo, se ajusta por un factor de estrés calculado en función la humedad disponible en el suelo usando la siguiente relación: ln(HA + 1) Ke = ln(101) • Donde HA es la humedad aprovechable presente en el suelo, si el suelo se encuentra a capacidad de campo el valor de HA es de 100%, si esta a PMP la HA es de 0%. WOB-28 14
  • 15. Variación de las ET´s WOB-29 REQUERIMIENTOS DE RIEGO WOB-30 15
  • 16. BALANCE DE HUMEDAD ET Lluvia Riego Escurrimiento Escurrimiento Ese Ess Esss Esse Zona de raices Percolación Ascenso capilar WOB-31 Ecuación de balance del riego ∆θ= Entradas - Salidas Donde Entradas= R + Pe +Ac Salidas=ET + D ∆θ= Cambio en el almacenamiento de humedad R=Riego Pe=Lluvia Ac=Ascenso capilar D=Percolación profunda WOB-32 16
  • 17. Requerimientos de riego (RR) En forma simplificada los requerimientos de riego se calculan con la siguiente ecuación: RR=ETr-Pe WOB-33 PRECIPITACIÓN EFECTIVA (Pe) Pe=0 para P≤16.7 mm Pe =0.6P-10 Para 16.7<P<70 mm Pe = 0.8P-24 Para P≥70 mm Pe= Precipitación efectiva (mm) P= Precipitación obervada(mm) WOB-34 17
  • 18. Requerimientos de riego diario 12 RRD (mm/día) 6 A 0 WOB-35 Ya estamos listos para calcular la lamina de riego? • Hasta ahora se ha calculado la lamina de agua que se tiene que aplicar a una parcela asumiendo que toda el agua se queda en la zona de raíces. ¡Lo cual no es cierto! El requerimiento de riego calculado se conoce como lámina neta. • Dependiendo del sistema de riego, se tiene que aplicar un sobreriego de acuerdo a su eficiencia. • La lamina calculada de acuerdo a la eficiencia del sistema de riego se conoce como lamina bruta. WOB-36 18
  • 19. Rangos de eficiencias de riego de los sistemas Método Rango Surcos 55-80 Melgas 63-87 Goteros 74-93 Cintas goteo 85-95 Pivote 80-87 WOB-37 Ahora si… Si se quiere aplicar una lámina neta de 10 mm por un sistema de riego por goteo con una eficiencia del 85%, la lamina bruta que se requiere aplicar es de: 10 / 0.85 = 11.8 mm WOB-38 19
  • 20. Lamina bruta x Sistema RR Goteo Goteo Pivote dia mm diario 2 dias 1 4 4.7 2 4 4.7 9.4 3 2 2.4 4 2 2.4 4.7 5 4 4.7 6 2 2.4 7.1 21.2 Ea=85% WOB-39 Dr. Waldo Ojeda Bustamante IMTA wojeda@tlaloc.imta.mx (777) 329-36-00 ext 445. GRACIAS….. WOB-40 20