Dr.C. Pedro Paneque-Rondón^I, M.Sc. Wolfgang Jiménez ^II, Dr.C. Pablo Hernández-Alfonso^I, M.Sc. María Victoria Gómez-Águila^III, M.Sc. Héctor R. De las Cuevas-Milán^I, Dr.C. Alexander Miranda-Caballero^IV

^I Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

^II Universidad Politécnica Territorial “José A. Anzoátegui, El Tigre, Edo. Anzoátegui, Venezuela.

^IV Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, Unidad Científico Tecnológica de Base Los Palacios, Pinar del Río, Cuba.

RESUMEN

El objetivo de la investigación fue comparar el costo energético de las principales operaciones agrícolas mecanizadas, haciendo énfasis en la labranza/siembra y cuantificar su posible ahorro utilizando el Sistema de Conservación (siembra directa con cobertura), con relación al Sistema Convencional, partiendo de la hipótesis de que es posible reducir el costo energético en más de un 10%, en la explotación de la maquinaria agrícola, en el cultivo del maíz (Zea mays L.), de la Empresa Los Riecitos del Municipio Freites, Estado Anzoátegui. Fue utilizado en el diseño experimental, un análisis de varianza para la determinación de la existencia de diferencias significativas o no entre las medias poblacionales de cada variable y los tratamientos aplicados. Para la determinación de los costos energéticos y de explotación se utilizó el programa “Costos Energéticos y de Explotación”. En cada unidad experimental fueron estudiadas densidad aparente, humedad y resistencia del suelo; consumo de combustible costo energético y gastos de explotación. Se concluye que no existen diferencias significativas en la densidad aparente, humedad, resistencia del suelo, en las profundidades estudiadas. Las características físico-mecánicas de los suelos de las parcelas ensayadas no interfieren en la aplicación de los tratamientos. El sistema con menos costo energético, gastos de explotación y consumo de combustible, con un valor medio de 28,9 L·ha^-1, fue el de Conservación. La tecnología empleada en el Sistema de Conservación significó un ahorro de mano de obra, al invertir menos tiempo (4 h·ha^-1) de utilización de la maquinaria.

Palabras clave:siembra directa con cobertura,operaciones mecanizadas

ABSTRACT

The objective of the research was to compare the energy cost of the main mechanized agricultural operations, emphasizing the tillage/seeding and quantify their possible saving using the Conservation System (no till with cover), in relation to the Conventional System, starting from the hypothesis that it is possible to reduce the energy cost by more than 10% in agricultural machinery operation in corn (Zea mays L.),) cultivation of Los Riecitos Company in Freites Municipality, Anzoátegui State. In the experimental design, an analysis of variance was used to determine the existence of significant differences or not between the population means of each variable and the treatments applied. For the determination of energy and operating cost, the program “Energy and Operation Costs” was used. Bulk density, moisture and soil resistance, as well as fuel consumption, energy costs and operating costs were studied in each experimental unit. It is concluded that there are no significant differences in bulk density, moisture and soil resistance in the studied depths. Physical-mechanical characteristics of the tested plots of soils do not interfere in the application of the treatments. The system with the lowest energy cost, operating costs and fuel consumption, with an average value of 28.9 L•ha^-1, was that of Conservation. The technology used in the Conservation System meant a saving of labor, by investing less time (4 h•ha^-1) of machinery use.

Keywords: no till with cover, mechanized operations

INTRODUCCIÓN

El uso acentuado de la tecnología convencional en la agricultura mundial durante las últimas décadas, ha generado una situación poco favorable desde el punto de vista de la conservación de los recursos naturales productivos, especialmente el suelo (FAO, 1992; López et al., 2010; Arvidsson y Hakansson, 2014).

Algunos autores han señalado que el costo por concepto de maquinaria agrícola en Chile, en cuanto a combustible, fluctúa entre 35 y 45% del costo total de producción¹ (Paneque et al., 1998). Por otro lado en Venezuela este aspecto no se ha estudiado con profundidad. En ese mismo sentido, varias investigaciones han establecido que el costo energético por concepto de combustible y máquinas representa un alto porcentaje del costo energético total de producción en la agricultura empresarial (Pick, 1989; Fluck, 1992; de las Cuevas et al., 2011). Algunos autores han calculado que un tractor del tipo 75 kW tiene un costo energético aproximado de 1060 MJ/h del cual el 77% corresponde a combustible (Fluck y Baird, 1980).

Considerando que en esta zona no existen datos científicos que les permita cuantificar el rendimiento y costo energético en la explotación de la maquinaria, con la tecnología de la siembra convencional y la siembra directa, surge la necesidad de realizar el presente trabajo de investigación, el cual permitirá a través de la comparación de ambas tecnologías en el cultivo del maíz (Zea mays L.), determinar los costos energéticos y de producción, además de proteger el recurso suelo y el medio ambiente.

El objetivo de la investigación fue comparar el costo energético de las principales operaciones agrícolas mecanizadas, haciendo énfasis en la labranza/siembra utilizando el sistema de siembra directa con cobertura (SDC) (Sistema de Conservación), con relación al Sistema Convencional (SC), partiendo de la hipótesis de que es posible reducir el costo energético en más de un 10%, en la explotación de la maquinaria agrícola, en el cultivo del maíz (Zea mays L.), de la Empresa Los Riecitos del Municipio Freites, Estado Anzoátegui, Venezuela.

MÉTODOS

El experimento fue realizado en el ciclo Norte Verano 2014-2015 con sistema de riego con pivote central, entre septiembre-enero, en el complejo agroindustrial Los Riecitos, San Tomé, Parroquia Cantaura, Municipio Freites del Estado Anzoátegui, Venezuela. El área experimental se caracteriza por un régimen de precipitación media anual de 1100 mm y temperatura media 27 °C y 256 msnm, humedad relativa de 77,3% en la época lluviosa y 64,1% en la época seca.

Cada parcela experimental ocupó un área de 1000 m², siendo 20 m de ancho y 50 m de longitud, separadas por calles de 4 m de ancho. En sus extremos longitudinales por corredores de 10 m, para las maniobras y estabilización de la velocidad de los conjuntos agrícolas, estudiando en las mismas el comportamiento de la densidad aparente, humedad y resistencia del suelo; consumo de combustible y costo energético de dos sistemas de labranza y siembra para el cultivo del maíz (Zea mays L.),). Para el procesamiento de los datos se utilizó el utilitario estadístico STATGRAPHICS Plus Versión 5.0. Se aplicó ANOVA simple y la prueba de Tukey (HSD), p<0,05 para la comparación de las medias.

Caracterización de los suelos

El suelo del área experimental está taxonómicamente clasificados como Ultisol, se caracterizan por alto contenido de arena de hasta un 88%, altamente drenados, baja fertilidad, pH ácido que oscila entre 4,5 y 5,5, notablemente con deficiencia de fosforo por su alta fijación². Por lo cual requiere de un alto manejo agronómico para mejorar estas limitaciones y elevar su capacidad de uso. Fue realizada la caracterización física del suelo, determinándose: humedad, densidad aparente y resistencia a la penetración de 0 a 30 cm.

Determinación de la humedad del suelo

Las muestras se recogieron en papel de aluminio y se llevaron al Laboratorio de Suelos de la Universidad Politécnica Territorial “José A. Anzoátegui (UPTJAA), para ser pesadas en una balanza electrónica con 0,001 g de precisión. Se procedió a pesar todas las muestras y determinar el peso del papel + suelo húmedo y se colocaron para su secado 24 h en una estufa eléctrica modelo Memmert a 110 ºC. Luego se dejaron reposar para volver a pesar y conocer los datos del peso del papel de aluminio + suelo seco (NC 67: 2000). Posteriormente se hicieron las correcciones tomando en cuenta el peso del papel de aluminio, realizándose los cálculos de la humedad a través de la siguiente expresión 1:

donde:

M_shum y M_sseco - son las masas de suelo húmedoy seco, respectivamente, g

Para determinar la resistencia a la penetración del suelo del área experimental se utilizó un penetrómetro dinámico de cono, que consta de una masa de impacto de 2,3 kg y distancia de caída libre de 0,6 m. Las lecturas del número de golpes por profundidad a intervalos de 5 cm se registraron en los mismos puntos de muestreo anteriores, siendo la máxima profundidad explorada dependiente de las particularidades del suelo del punto en cuestión³. Los valores obtenidos fueron traducidas a valores de RP mediante la formulación de Scala (1956), citado por Stout et al. (1990), como se describe en la expresión 2.

donde:

A- área de la base del cono, cm²;

g- aceleración de la gravedad, cm/s²;

h –altura de caída, m;

M-masa de impacto, kg;

m-masa del penetrómetro sin considerar M, kg;

Determinación de la densidad aparente del suelo

Densidad aparente. Se define como la relación que hay entre la masa seca de una muestra de suelo y el volumen que ocupó dicha muestra en el campo. El resultado de la relación (masa/volumen) se obtiene en gramos por centímetros cúbico (g/cm³).

Para determinar la densidad aparente del suelo se utilizó el método de cilindro Uhland utilizando cinco cilindros por parcelas para extraer las muestras del suelo, a cada cilindro se le midió la longitud y el diámetro interior, utilizando un pie de rey (Vernier). Para determinar el volumen, las muestras se tomaron en los 10 puntos elegidos, colocadas en papel de aluminio, pesadas y llevadas a una estufa a 110 ⁰C por 24 horas, para así determinar el peso del suelo. El procedimiento para la toma de muestra se calculó por la ecuación 3.

donde:

D_a-densidad aparente del suelo, g/cm³;

M_ss-masa de suelo seco, g;

V_c-volumen del cilindro, cm³.

Fue utilizado como fuente energética en las pruebas experimentales un tractor Massey Ferguson, modelo 680 4x4, 6 000 kg, y 292 4x2 TDA con potencia máxima de 48 kW (65 cv) en el motor a 2 000 rpm y masa de 3 150 kg.

Los implementos y máquinas utilizados en la conducción del experimento fueron los siguientes:

-Rastra (Grada) Rota Agro de 36 discos, 18 dentados al frente y 18 de bordes lisos en la parte trasera y 1 800 kg de masa.

-Pulverizador de barra, Jacto de 2000 L de capacidad y 850 kg de masa y ancho de trabajo de 14 m.

-Sembradora Vence Tudo SA 14600 A, de 6 líneas para granos con masa de 1 300kg.

-Trompo Vicon para aplicación de fertilizante granulado y masa de 130 kg.

-Cosechadora Massey Ferguson, modelo 5680 con masa de 8 060 kg.

Costos energéticos y de explotación en los conjuntos agrícolas

Para la determinación de los costos energéticos y de explotación se estudiaron los trabajos de varios especialistas y se utilizaron diferentes metodologías, estando entre los autores Burhan et al. (2004), Meul et al. (2007), Fumagalli, et al. (2011), y Mohammadhossein et al. (2012). Se utilizó el programa de computación “Costos Energéticos y de Explotación (CEE)” el cuál es un sistema automatizado elaborado en el CEMA por de las Cuevas et al. (2009), este sistema permitió el análisis de los datos primarios de las observaciones, así como la determinación de los costos mencionados anteriormente.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización de las investigaciones experimentales

El área experimental se caracteriza por un régimen de precipitación media anual de 1100 mm y temperatura media 27°c y 256 msnm, humedad relativa de 77,3% en la época lluviosa y 64,1% en la época seca.

Características del suelo, indicadores energéticos y de explotación

Características físico mecánicas del suelo

Se procedió a analizar cada una de las características físico mecánicas del suelo en las dos parcelas estudiadas. A la parcela 1 se le aplicó el tratamiento consistente en el Sistema Convencional (SC) y a la parcela 2, el tratamiento Sistema de Conservación (siembra directa con cobertura (SDC)). Como aspecto general evaluado en ambas parcelas se destaca que las poblaciones de datos estudiados para todas las variables analizadas (humedad, densidad aparente y resistencia a la penetración), distribuyen normalmente con varianzas homogéneas lo que fundamenta la realización de un análisis de varianza para la determinación de la existencia de diferencias significativas entre las medias poblacionales de cada variable y los tratamientos aplicados.

Humedad

La variable estudiada se midió para cada tratamiento a dos profundidades diferentes, hasta 20 cm y de 20 a 30 cm, obteniéndose por parcela 5 muestras por profundidad.

Para el tratamiento Sistema Convencional (SC) se obtuvo que la humedad media hasta 20 cm de profundidad es de 2,52% en un rango que va desde 1,04 a 3,55% con un coeficiente de variación de 43,42%. En el caso del Sistema de Conservación (SDC) se obtuvo una media de 4,26% en un rango que va desde 0,8% hasta 13,69% siendo más variable el Sistema de Conservación con un coeficiente de variación de 125,61% como se observa en la Tabla 1.

Del análisis anterior se concluye que:

Que la parcela en la cual se aplicó el tratamiento Sistema de Conservación posee mayor variabilidad con respecto a los valores medios de la humedad que la parcela a la cual se aplicó el Sistema Convencional.

La humedad promedio a la profundidad entre 20 y 30 cm es ligeramente mayor que de 0 a 20 cm en la parcela a la cual se aplicó el Sistema Convencional.

Los resultados obtenidos en los análisis de varianza muestran que no hay diferencias significativas de la humedad a ambas profundidades para los dos tratamientos aplicados, dado que el P-valor igual a 0,49 y 0,39 respectivamente para todos los casos son mayores a 0,05.

Densidad aparente (DA)

El análisis estadístico para los dos tratamientos, Sistemas Convencional (SC) y de Conservación (SDC), indica que el valor medio de la densidad aparente de la parcela en la cual se le aplicó el SC es de 1,46 g/cm³ y en la que se aplicó el tratamiento SDC se obtuvo un valor medio de 1,54 g/cm³. Los resultados del análisis de varianza permiten determinar que la densidad aparente (DA), no afectó el comportamiento de los dos sistemas de siembra, ya que se demuestra que no hay diferencia estadísticamente significativa, según el P- valor de 0,62 que es superior a 0,05. Por lo tanto, se puede afirmar que la selección de las dos parcelas en estudio garantiza homogeneidad respecto a la variable estudiada. Como se muestra en la Tabla 2, los datos tomados distribuyen normalmente según los estadígrafos calculados.

Del análisis se puede concluir que:

La densidad aparente media de 1,69 y 1,68 g/cm³ respectivamente para los tratamientos 1 y 2 obtenidos como se muestra en la Tabla 2, que no provocan interferencia en la aplicación de los tratamientos entre parcelas.

Los suelos areno francoso de la mesa de Guanipa, según Casanova, (1996), tienen una densidad aparente real de 1,6 g/cm³ y según USDA (1999), afirma que la densidad aparente igual a 1,69 g/cm³ puede afectar el desarrollo del cultivo.

Resistencia a la penetración

La resistencia a la penetración (RP) se obtuvo como se explica en la metodología. En el análisis estadístico de los resultados se analizó la existencia de diferencias significativas entre las medias de la RP medida en los intervalos de profundidades para cada tratamiento obteniéndose 25 observaciones por parcela. Según el análisis de varianza desde la profundidad de 10 hasta 30 cm no hay diferencia estadísticamente significativa entre las 2 parcelas, a las cuales se les aplicaron los tratamientos de sistema de siembra convencional y el sistema de siembra de conservación. Las determinaciones se hicieron con un 95% de confianza.

En la Figura 1 se muestra el comportamiento de los resultados obtenidos en el Sistema Convencional. Se observa que la resistencia a la penetración aumenta con la profundidad a la que se obtuvieron las mediciones. El comportamiento es similar en el Sistema de Conservación, que a la profundidad de 25 a 30 cm existe variación en cuanto a que en la profundidad de 25 cm es de 4,25 MPa y a 30 cm es de 3,41 MPa como se muestra en la Figura 2.

El análisis de varianza realizado con el objetivo de determinar si existen diferencias entre las parcelas a las cuales se les aplicaron los tratamientos SC y SDC, permitió comprobar que no hay diferencia significativa para la RP medida a las profundidades desde 10 hasta 30 cm entre los dos tratamientos. El análisis se realizó con un 95% de confianza, lo cual indica homogeneidad entre las parcelas seleccionadas para el estudio.

El valor de índice de cono para el tratamiento SC es de 2,39 MPa mientras que en el tratamiento SDC es de 2,50 MPa, ambos obtenidos al comienzo de la experimentación. Ello indica que existe homogeneidad en cuanto a la compactación de ambas parcelas comparando sus perfiles de suelo. Lo anterior se sustenta en la no existencia de diferencias estadísticamente significativas de la variable estudiada entre los tratamientos aplicados.

Las Tablas 3 y 4 muestran el resumen estadístico del comportamiento de la resistencia a la penetración del suelo en MPa por cada una de las profundidades evaluadas para los dos tratamientos aplicados. Como comportamiento general se observa que los valores medios de RP para el tratamiento de SC con respecto a los obtenidos para el SDC, son menores, hallándose en rangos de valores mínimos entre 0,14 a 3,48 MPa y 0,56 a 3,48 MPa respectivamente, existiendo un valor menor en este tratamiento por debajo de los 25 cm como comportamiento diferente. Este puede ser provocado por una acción continua de compactación de la maquinaria agrícola empleada, sin embargo este valor no interfiere en los tratamientos aplicados

Los valores máximos de RP se comportan similares para ambos tratamientos estando entre 0,98 y 4,85 MPa en SC y 2,24 a 4,85 MPa en SDC coincidiendo el extremo de ambos tratamientos.

Del análisis estadístico de los resultados obtenidos se puede concluir que:

Las características físico mecánicas del suelos de las parcelas ensayadas no interfieren en la aplicación de los tratamiento SC y SDC.

Costo energético y gastos de explotación

Costo energético

En los análisis de varianza del comportamiento del costo energético, principal objetivo de este trabajo, de acuerdo con la prueba F, se detectaron diferencias significativas entre los tratamientos de los dos sistemas de labranza y siembra en estudio (P<0,000). El coeficiente de variación fue 0,005%, indicando una óptima precisión experimental. Las comparaciones entre las medias se muestran en el gráfico de la Figura 3.

De acuerdo con el análisis de varianza con un nivel de confianza del 95%, se aprecia que los costos energéticos de ambos sistemas, difieren uno del otro.

El Sistema de Conservación tiene un costo energético menor al costo del Sistema Convencional, Los resultados del costo energético de los dos sistemas en estudio se aprecian en la Tabla 5.

Los costos energéticos totales del Sistema Convencional fueron mayores. El Sistema de Conservación ocasiona un costo energético total de 13 650,00 MJ·ha^-1, que corresponde al 88,19% del costo del Sistema Convencional, ahorrando 1 827,00 MJ ha^-1. La energía correspondiente al combustible utilizado ascendió a 6 560,26 MJ·ha^-1 para el Sistema Convencional y a 1 381,43 MJ·ha^-1 para el Sistema de Conservación, que equivalen a 137,24 L·ha^-1 y 28,9 L·ha^-1 respectivamente, en este último sistema se ahorran 108 L de combustible gasoil por cada ha trabajada, equivalentes al 21% de ahorro de combustible. Los resultados obtenidos coinciden con lo señalado por Hetz (1998), Stout (1990), y ASAE (1993). En las labores culturales (riegos, deshierbes y fertilización) no existieron diferencias significativas de costos energéticos. El costo energético en ambos sistemas resultó semejante. De acuerdo con los resultados obtenidos, los mayores costos energéticos correspondieron a la labor de pulverización en el Sistema de Conservación (11 269,00 MJ·ha^-1), lo cual coincide con los resultados señalados por Paneque et al. (2002), y a los reportados por Paneque y Soto (2007). Esto es debido a que no se realizaron labores primarias (pase de rastra) en este sistema.

La tecnología empleada en el Sistema de Conservación significó un ahorro de mano de obra, al invertir menos tiempo (4 h·ha^-1) de utilización de la maquinaria y un incremento en la eficiencia de la misma.

Los gastos totales de las labores realizadas, fueron más bajos en el Sistema de Conservación que en el Sistema Convencional. Se contabilizó una diferencia de 444,18 Bs?ha^-1. El menor gasto total del Sistema de Conservación, es debido a la disminución de la preparación del suelo (Tabla 6).

Los resultados concuerdan con lo establecido por Collins et al. (1981), Frisby y Summers (1979), Hetz (1998), Summers et al. (1986), y Dos Reis (2000). Dichos autores señalan que la diferencia se origina principalmente en la cantidad de suelo removido y el roce que se produce con cada uno de los implementos de labranza. En el Sistema de Conservación se realizó una operación menos (pase de rastra) en comparación con el Sistema Convencional, lo cual significó el 76% de ahorro en los gastos totales y 44% de ahorro en tiempo de trabajo.

En la Tabla 7 se muestran los costos (Bs) de los dos sistemas para el maíz, apreciándose también que los costos directos son menores en el Sistema de Conservación 94% con respecto al Sistema Convencional.

A todo esto deben sumarse los innumerables beneficios inherentes al Sistema de Conservación, los que pueden resumirse en una menor degradación de los suelos y del medio ambiente (Unger y Mccalla, 1980; FAO, 1992). En este sentido Derpsch et al. (1986), plantean que “la siembra directa” puede representar una reducción entre 64 y 74% del consumo de combustible gasoil, que este sistema es una garantía para una agricultura sustentable, de bajo costo y perenne. Con el desenvolvimiento ya conseguido en la siembra directa, se observa que Brasil ya tiene tecnologías para dar subsidio a otras regiones tropicales y subtropicales de todo el mundo”.

CONCLUSIONES

-Los resultados obtenidos en los análisis de varianza muestran que no hay diferencias significativas de la humedad a ambas profundidades para los dos tratamientos aplicados, dado que el P-valor igual a 0,49 y 0,39 respectivamente, para todos los casos son mayores a 0,05

-La densidad aparente media es de 1,69 y 1,68 g/cm³ respectivamente, para los tratamientos 1 y 2 obtenidos no provocan interferencia en la aplicación de los tratamientos entre parcelas.

-Entre ambas parcelas para la resistencia a la penetración no hay diferencia estadísticamente significativa ya que todos los p valor son superiores a 0,05 según el análisis de varianza, desde la profundidad de 10 a 30 cm, con un 95% de confiabilidad en los tratamientos aplicados.

-La tecnología empleada en el Sistema de Conservación significó un ahorro de mano de obra, al invertir menos tiempo (4 h·ha^-1) de utilización de la maquinaria, un incremento en la eficiencia de la misma y un menor gasto energético total, que representó un 89% respecto al Sistema Convencional, ahorrando 3 400,40 MJ ha^-1 por lo que es factible ahorrar 108 L·ha^-1 de gasoil.

NOTA

¹  HETZ, E.: Costos de operación de tractores y máquinas agrícolas. En: IV Sem. Nac. De Mecanización Agrícola, 26pp. Univ. De Concepción, Chillán. Chile, 1990.

²  “[Community_garden] Urban Ag/Community Ag projects in Chile?”, [en línea], En: 2010, Disponible en: http://list.communitygarden.org/pipermail/community_garden_list.communitygarden.org/2010-July/004632.html, [Consulta: 23 de junio de 2017].

³    FONTANETTO y KELLER: Efecto de las labranzas sobre propiedades  del suelo y los rendimientos. [en línea] 1998, Disponible en: http://rafaela.inta.gov.ar/productores 97-98/Indice.htm. [Consulta: octubre, 24 2014].

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